【Redis】數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)---String-創(chuàng)新互聯(lián)

文章目錄
    • String(字符串)
      • 1.Redis 鍵(key)
      • 2.String(字符串)
        • 2.1常用命令
        • 2.2.String底層結(jié)構(gòu)
      • 3.空間分配策略
        • 3.1空間預(yù)分配
        • 3.2惰性空間釋放
        • 3.3為什么SDS的大長度是512M?
      • 4.SDS面試題

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  • keys *查看當(dāng)前庫所有key (匹配：keys *1)
  • exists key判斷某個key是否存在
  • type key 查看你的key是什么類型
  • del key 刪除指定的key數(shù)據(jù)
  • unlink key 根據(jù)value選擇非阻塞刪除。僅將keys從keyspace元數(shù)據(jù)中刪除，真正的刪除會在后續(xù)異步操作。
  • expire key 10 10秒鐘：為給定的key設(shè)置過期時間
  • ttl key 查看還有多少秒過期，-1表示永不過期，-2表示已過期

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執(zhí)行上面的操作

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2.String(字符串)

String是Redis最基本的類型，一個key對應(yīng)一個value。

String類型是二進(jìn)制安全的。意味著Redis的string可以包含任何數(shù)據(jù)。比如jpg圖片或者序列化的對象。

String類型是Redis最基本的數(shù)據(jù)類型，一個Redis中字符串value最多可以是512M

2.1常用命令

set 添加鍵值對

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關(guān)于set的其他參數(shù)

  • NX：當(dāng)數(shù)據(jù)庫中key不存在時，可以將key-value添加數(shù)據(jù)庫
  • *XX：當(dāng)數(shù)據(jù)庫中key存在時，可以將key-value添加數(shù)據(jù)庫，與NX參數(shù)互斥
  • EX：key的超時秒數(shù)
  • PX：key的超時毫秒數(shù)，與EX互斥

get 查詢對應(yīng)鍵值

append 將給定的 追加到原值的末尾

strlen 獲得值的長度

setnx 只有在 key 不存在時 設(shè)置 key 的值

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數(shù)字類型的命令:

incr

  • 將 key 中儲存的數(shù)字值增1
  • 只能對數(shù)字值操作，如果為空，新增值為1

decr

  • 將 key 中儲存的數(shù)字值減1
  • 只能對數(shù)字值操作，如果為空，新增值為-1

incrby / decrby<步長>將 key 中儲存的數(shù)字值增減。自定義步長。

  • 注意：INCR類型的命令是原子的，Redis單命令的原子性主要得益于Redis的單線程。

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mset …

  • 同時設(shè)置一個或多個 key-value對

mget …

  • 同時獲取一個或多個 value

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msetnx …

  • 同時設(shè)置一個或多個 key-value 對，當(dāng)且僅當(dāng)所有給定 key 都不存在。
  • 該命令具有原子性：其中有一個key是存在的，則都創(chuàng)建失敗

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getrange<起始位置><結(jié)束位置>

  • 獲得值的范圍，類似C++中string類的substr。

setrange<起始位置>

  • 用 覆寫所儲存的字符串值，從<起始位置>開始(索引從0****開始)。

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setex<過期時間>

  • 設(shè)置鍵值的同時，設(shè)置過期時間，單位秒。

getset

  • 以新?lián)Q舊，設(shè)置了新值同時獲得舊值。
2.2.String底層結(jié)構(gòu)

Redis是用C語言寫的，但是對應(yīng)Redis的Sting,并不是C 語言中的字符串（即以空字符’\0’結(jié)尾的字符數(shù)組)；Redis自定義了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)SDS(simple dynamic string)【簡單動態(tài)字符串】，并將 SDS 作為 Redis的默認(rèn)字符串表示。

struct sdshdr{//記錄 buf 數(shù)組中未使用字節(jié)的數(shù)量
     int free;
    
    //記錄buf數(shù)組已使用字節(jié)的數(shù)量
    //等于 SDS 保存字符串的長度
     int len;
        
     //字節(jié)數(shù)組，用于保存字符串
     char buf[];	//柔性數(shù)組
}

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  • len為字符串的實(shí)際長度，保證了獲取字符串長度時為O(1)操作
  • free為buf數(shù)組中剩余的空間大小
  • buf 保存字符串的數(shù)組
  • 如果長度不夠，會主動申請空間
  • redis實(shí)際開辟的空間為len+free

優(yōu)點(diǎn)：

減少修改字符串的內(nèi)存重新分配次數(shù)

C語言字符串由于不記錄字符串長度，所以如果要修改字符串，必須重新分配內(nèi)存(先釋放再申請)。因?yàn)槿绻麤]有重新分配，字符串長度增大時會造成內(nèi)存緩沖區(qū)溢出，字符串長度減小時會造成內(nèi)存泄露。

對于SDS，由于len屬性和free屬性的存在，對于修改字符串SDS實(shí)現(xiàn)了空間預(yù)分配和惰性空間釋放兩種策略：

  • **空間預(yù)分配：**對字符串進(jìn)行空間擴(kuò)展的時候，擴(kuò)展的內(nèi)存比實(shí)際需要的多，這樣可以減少連續(xù)執(zhí)行字符串增長操作所需的內(nèi)存重分配次數(shù)。
  • **惰性空間釋放：**對字符串進(jìn)行縮短操作時，程序不立即使用內(nèi)存重新分配來回收縮短后多余的字節(jié)，而是使用 free 屬性將這些字節(jié)的數(shù)量記錄下來，等待后續(xù)使用。

二進(jìn)制安全

  • C字符串以空字符作為字符串結(jié)束的標(biāo)識，而對于一些二進(jìn)制文件（如圖片等），內(nèi)容可能包括空字符串，因此C字符串無法正確存?。?/li>
  • 而所有 SDS 的API 都是以處理二進(jìn)制的方式來處理 buf 里面的元素，**并且 SDS 不是以空字符串來判斷是否結(jié)束，而是以 len 屬性表示的長度來判斷字符串是否結(jié)束。**所以SDS可以保存圖片、音頻等文件內(nèi)容。
3.空間分配策略 3.1空間預(yù)分配

C++中數(shù)組在進(jìn)行擴(kuò)容時，往往會申請一個更大的數(shù)組，然后把數(shù)組拷貝過去。Redis同樣基于這種策略提高了空間預(yù)分配機(jī)制。

當(dāng)執(zhí)行字符串增長操作并且需要擴(kuò)展內(nèi)存時，程序不僅僅會給SDS分配必需的空間還會分配額外的未使用空間，其長度存到free屬性中。具體如下：

  • **如果修改后len長度將小于1M,這時分配給free的大小和len一樣；**例如修改過后為10字節(jié), 那么給free也是10字節(jié)，buf實(shí)際長度變成了10+10+1 = 21byte(別忘記了\0的存在)
  • **如果修改后len的長度大于等于1M，這時分配給free的長度為1M；**例如修改過后為30M,那么給free是1M.buf實(shí)際長度變成了30M+1M+1byte

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3.2惰性空間釋放

惰性空間釋放用于字符串縮短的操作。當(dāng)字符串縮短是，程序并不是立即使用內(nèi)存重分配來回收縮短出來的字節(jié)，而是使用free屬性記錄起來，并等待將來使用。

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3.3為什么SDS的大長度是512M?

Redis字符串使用int類型表示長度，一共有32個比特位。2^32字節(jié)=512M

4.SDS面試題

1.SDS如何兼容C語言字符串？如何保證二進(jìn)制安全？

C99中提到，結(jié)構(gòu)體的最后一個成員如果是一個數(shù)組，大小不確定，那么就是一個柔性數(shù)組。

SDS對象中的buf是一個柔性數(shù)組，上層調(diào)用時，SDS直接返回了buf。由于buf是直接指向內(nèi)容的指針，所以兼容C語言函數(shù)。而當(dāng)真正讀取內(nèi)容時，SDS會通過len來限制讀取長度，而非“\0”，所以保證了二進(jìn)制安全。

2.SDS是如何擴(kuò)容的？

空間預(yù)分配。先判斷擴(kuò)容長度與free的大小關(guān)系，如果夠就直接拼接字符串，如果不夠使用空間預(yù)分配的方式擴(kuò)容。

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當(dāng)前名稱：【Redis】數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)---String-創(chuàng)新互聯(lián)
標(biāo)題鏈接：http://muchs.cn/article26/piocg.html

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