Redis 数据结构全景解析
Redis 不是简单的 key-value 缓存，它更像一把“瑞士军刀”。
只要掌握数据结构，就能把同一份内存用出 10 倍效率。
0. 开场白：为什么聊数据结构？
面试常问“Redis 有几种数据类型？”——很多人答 5 种（String、List、Hash、Set、ZSet）。
但 Redis 7.0 源码里已出现 9 种编码（encoding），未来还会更多。
理解“类型 vs 编码”是区分菜鸟与专家的第一步。
| 对外类型（type） | 内部可能编码（encoding） | 场景关键字 |
|---|---|---|
| string | int、embstr、raw、sdshdr5… | 计数器、缓存 |
| list | ziplist、quicklist | 消息队列 |
| hash | ziplist、hashtable | 对象缓存 |
| set | intset、hashtable | 去重、抽奖 |
| zset | ziplist、skiplist | 排行榜 |
| stream | rax + listpack | Kafka-lite |
| bitmap / hyperloglog / geo | 特殊紧凑编码 | 大数据去重、LBS |
下面按使用频率由浅入深展开。
1. String：最被低估的“全能选手”
- 底层：简单动态字符串（SDS），预分配策略减少 80% 内存重分配。
- 三大绝技
- 缓存：SET / GET 常规操作。
- 计数器：INCR、INCRBY 原子自增，秒杀库存必备。
- 分布式锁：SET key value NX PX 30000 一条命令解决“SETNX + EXPIRE”非原子问题。
- 面试题：为什么 512 MB 以下都用 embstr？
答：embstr 将 redisObject 与 SDS 连续分配，一次 malloc，CPU cache 友好。
2. List：双端队列 & 阻塞队列
- 编码进化史：ziplist(<=3.2) → quicklist(4.0) → listpack(7.0)。
- 典型用法
- 栈：
LPUSH + LPOP - 队列：
RPUSH + LPOP - 阻塞队列：
BLPOP mylist 0（0 表示永不超时）
- 栈：
- 坑：ziplist 转 quicklist 的阈值
list-max-ziplist-size -2，负值表示节点字节限制。
3. Hash：小对象之王
- 阈值：hash-max-ziplist-entries 512 / hash-max-ziplist-value 64。
小 Hash 用 ziplist，大 Hash 自动转 hashtable，O(1) vs O(N) 差异巨大。 - 实战：
单 key 管理对象字段，比多个 String 省内存 30%+。HSET user:1001 name kim age 18 HINCRBY user:1001 age 1
4. Set：无序去重 + 数学集合
- 编码：全整数且元素 ≤ set-max-intset-entries 512 → intset，否则 hashtable。
- 花式用法
- 抽奖：
SRANDMEMBER lucky 1随机 1 人 - 交并差：
SINTER tag:redis tag:cache找出共同标签的文章。
- 抽奖：
5. Sorted Set：排行榜 & 延迟队列
- 底层：skiplist + dict 双索引，O(logN) 范围查询 + O(1) 成员定位。
- 排行榜
ZINCRBY rank:2025 1 player:42 ZREVRANGE rank:2025 0 9 WITHSCORES - 延迟队列：score 存执行时间戳，用
ZRANGEBYSCORE定时轮询即可。
6. Stream：Redis 的 Kafka
- 组成：
- 消息：
XADD mystream * field value - 消费组：
XGROUP CREATE mystream g1 $
- 消息：
- 特点：
- 消息持久化，重启不丢。
- 支持 ACK、PEL（pending list），比 List 做队列更可靠。
7. 三大“特种类型”
| 类型 | 命令示例 | 用途 |
|---|---|---|
| Bitmap | SETBIT uv:20250801 10086 1 | 日活统计（1 bit/用户） |
| HyperLogLog | PFADD ip:20250801 1.1.1.1 | 去重计数，误差 < 0.81% |
| Geo | GEOADD shops 116.397 39.909 “beijing” | 附近 5 km 门店 |
8. 内存优化 3 板斧
- 编码对齐：
DEBUG OBJECT key看 encoding，针对性调阈值。 - 压缩：开启
list-compression-depth 2对中间节点压缩。 - 短结构：小数据量用 ziplist/listpack，可把内存压到 1/8。
9. 小结与思维导图
Redis 数据结构 = 对外类型 + 内部编码 + 阈值参数↓用对结构，省内存，提性能