Redis数据结构：Hash类型全面解析

「爱情、让人受尽委屈。」 2023-10-15 10:48 72阅读 0赞

> Redis，作为一个开源的、内存中的数据结构存储系统，以其出色的性能和灵活的数据类型，广泛应用于缓存、消息队列、发布订阅系统等多种场景。在 Redis 的五种基本数据类型中，Hash 类型是一种非常重要的数据类型。它可以存储键值对的集合，且能够用小于1毫秒的时间复杂度进行添加、删除、更新和查找操作，因此在实际应用中有着广泛的用途。
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> 在接下来的文章中，我将详细介绍 Redis 的 Hash 类型，包括它的内部实现、主要特性、常用命令以及应用场景。无论你是刚接触 Redis 的新手，还是已经有一定经验的开发者，我相信你都能从这篇文章中学到一些有用的知识。让我们一起深入了解 Redis 的 Hash 类型，探索它的魅力所在。

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### 文章目录 ###

*   *   *   *  1、Redis-Hash数据类型
             *   *  1.1、Redis-Hash类型简介
                 *  1.2、Redis-Hash应用场景
                 *  2、Redis-Hash底层结构
                 *  2.1、Redis-Hash底层结构介绍
                 *  2.2、Redis-压缩列表（ziplist）
                 *  2.3、Redis-散列表（hashtable）
             *  3、Hash 常用命令
             *   *  3.1、设置Hash值
                 *  3.2、获取Hash值
                 *  3.3、删除Hash值
                 *  3.4、其他Hash命令

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#### 1、Redis-Hash数据类型 ####

##### 1.1、Redis-Hash类型简介 #####

Redis 的 Hash 类型是一种键值对集合，这种数据类型适合用于存储对象。在 Hash 类型中，每个键都有一个对应的值，这和 Python 的字典、Java 的 HashMap 以及 JavaScript 的对象非常相似。

以下是 Redis Hash 类型的一些主要特性：

1.  键值对集合：Hash 类型可以存储多个键值对，每个键都有一个对应的值。
2.  二进制安全：Hash 类型的键和值都是二进制安全的，这意味着它们可以包含任何数据，包括二进制数据。
3.  大容量：单个 Hash 类型可以存储超过 4 亿个键值对。
4.  高效的查找速度：无论 Hash 中存储了多少数据，查找某个键的速度都非常快。

##### 1.2、Redis-Hash应用场景 #####

Redis 的 Hash 类型是一种键值对集合，适合用于存储对象，因此在很多场景下都有着广泛的应用。以下是一些常见的应用场景：

1.  存储对象：Hash 类型可以存储多个键值对，非常适合用于存储对象。例如，你可以使用 Hash 类型存储用户的信息，如用户名、密码、邮箱等；
2.  数据分析：你可以使用 Hash 类型存储各种统计数据，例如用户的行为数据，然后进行数据分析；
3.  社交网络：在社交网络应用中，你可以使用 Hash 类型存储用户的朋友列表、粉丝列表等

以上只是一些常见的应用场景，实际上，由于 Redis 的灵活性，你可以根据自己的需求，将 Redis 的 Hash 类型应用在更多的场景中。

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##### 2、Redis-Hash底层结构 #####

##### 2.1、Redis-Hash底层结构介绍 #####

Redis 的 Hash 类型的底层实现是一个非常优化的数据结构，它会根据实际情况选择使用紧凑的压缩列表（ziplist）或者散列表（hashtable）作为底层实现。

Redis 的 Hash 类型会根据实际情况在压缩列表（ziplist）和散列表（hashtable）之间进行切换，这主要取决于两个配置参数：`hash-max-ziplist-entries` 和 `hash-max-ziplist-value`。

1.  `hash-max-ziplist-entries`：这个参数用于设置压缩列表可以存储的最大节点数量。如果一个 Hash 类型的元素数量超过这个值，那么就会从压缩列表切换到散列表。默认值为 512；
2.  `hash-max-ziplist-value`：这个参数用于设置压缩列表中每个节点的最大值大小（以字节为单位）。如果一个 Hash 类型的任何元素的大小超过这个值，那么就会从压缩列表切换到散列表。默认值为 64。

这两个参数都可以在 Redis 的配置文件中进行设置。通过调整这两个参数，你可以根据自己的应用特性，选择更倾向于节省内存，还是更倾向于提高性能。

1.  从压缩列表转换到散列表：当 Hash 类型存储的字段和值的数量超过 `hash-max-ziplist-entries` 的值，或者任何字段或值的大小超过 `hash-max-ziplist-value` 的值时，Redis 会将底层结构从压缩列表转换为散列表。这个过程是自动进行的，对用户来说是透明的。
2.  从散列表转换到压缩列表：然而，一旦 Hash 类型的底层结构被转换为散列表，就无法再转换回压缩列表。这是因为散列表的性能更高，而且在大多数情况下，一旦一个 Hash 类型的大小超过了一定的阈值，那么它的大小就很可能会继续增长。

##### 2.2、Redis-压缩列表（ziplist） #####

当 Hash 类型存储的字段和值的数量较少，且字段和值的字符串长度较短时，Redis 会选择使用压缩列表作为底层实现。压缩列表是一种为节省内存而设计的特殊编码结构，它将所有的字段和值紧凑地存储在一起。这种方式的优点是占用内存少，但是在需要修改数据时，可能需要对整个压缩列表进行重写，性能较低。

Redis 的压缩列表（ziplist）是一种特殊的编码结构，它被设计用来节省内存。压缩列表将所有的元素紧凑地存储在一起，每个元素都只占用连续的内存空间。

一个压缩列表的结构如下：

Ps：在 Redis 的源代码中，压缩列表（ziplist）的结构并没有直接定义为一个 C 结构体，而是通过一系列的宏和函数来操作一段连续的内存。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="center">属性</th> 
   <th align="center">说明</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="center">“zlbytes”</td> 
   <td align="center">一个 4 字节的整数，表示整个压缩列表占用的字节数量，包括 <code>&lt;zlbytes&gt;</code> 自身的大小。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">“zltail”</td> 
   <td align="center">一个 4 字节的整数，表示压缩列表中最后一个元素的偏移量。这个偏移量是相对于整个压缩列表的起始地址的。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">“zllen”</td> 
   <td align="center">一个 2 字节的整数，表示压缩列表中的元素数量。如果元素数量超过 65535，那么这个值就会被设定为 65535，需要遍历整个压缩列表才能获取到实际的元素数量。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">“entry”</td> 
   <td align="center">压缩列表中的元素，每个元素都由一个或多个字节组成。每个元素的第一个字节（又称为"entry header"）用于表示这个元素的长度以及编码方式。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">“zlend”</td> 
   <td align="center">一个字节，值为 255，表示压缩列表的结束。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

##### 2.3、Redis-散列表（hashtable） #####

当 Hash 类型存储的字段和值的数量较多，或者字段和值的字符串长度较长时，Redis 会选择使用散列表作为底层实现。散列表是一种常见的键值对映射结构，它通过一个散列函数将键映射到一个桶中，然后在桶中进行查找。这种方式的优点是查找和修改数据的性能较高，但是占用的内存也较多。

Redis 的散列表（hash table）是一种常见的键值对映射结构，它通过一个散列函数将键映射到一个桶中，然后在桶中进行查找。Redis 的散列表使用链表法解决哈希冲突，即当多个键映射到同一个桶时，将它们存储在同一个链表中。

在 Redis 的源代码中，散列表的结构定义如下：

typedef struct dictEntry {
        
        void *key;
        void *val;
        struct dictEntry *next;
    } dictEntry;
    
    typedef struct dictht {
        
        dictEntry **table;
        unsigned long size;
        unsigned long sizemask;
        unsigned long used;
    } dictht;
    
    typedef struct dict {
        
        dictht ht[2];
        long rehashidx; /* rehashing not in progress if rehashidx == -1 */
        int iterators; /* number of iterators currently running */
    } dict;

其中：

*  `dictEntry` 结构体表示散列表中的一个节点，包含键（`key`）、值（`val`）和指向下一个节点的指针（`next`）。
 *  `dictht` 结构体表示一个散列表，包含指向哈希表数组的指针（`table`）、哈希表数组的大小（`size`）、哈希表数组大小掩码（`sizemask`）和已使用的节点数量（`used`）。
 *  `dict` 结构体表示一个字典，包含两个散列表（`ht`）、当前进行 rehash 的索引（`rehashidx`）和当前运行的迭代器数量（`iterators`）。

这就是 Redis 散列表的结构。

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#### 3、Hash 常用命令 ####

以下是 Redis 中与 Hash 类型相关的一些命令：

##### 3.1、设置Hash值 #####

Redis 中设置 Hash 值的命令是 `HSET`，它的语法如下：

HSET key field value

其中，`key` 是哈希表的名称，`field` 是哈希表中的字段名，`value` 是字段对应的值。如果哈希表中原本不存在该字段，则会创建一个新的字段，并将其值设置为指定的值。如果该字段已经存在，则会覆盖原有的值。

例如，我们可以使用以下命令设置一个名为 `user:1001` 的哈希表中的字段 `name` 的值为 `Alice`：

HSET user:1001 name Alice

如果需要同时设置多个字段的值，可以使用 `HMSET` 命令，它的语法如下：

HMSET key field1 value1 [field2 value2 ...]

例如，我们可以使用以下命令同时设置 `user:1001` 哈希表中的 `name` 和 `age` 字段的值：

HMSET user:1001 name Alice age 25

这样就可以一次性设置多个字段的值了。

在 Redis 中，获取 Hash 值的命令是 `HGET`，它的语法如下：

HGET key field

其中，`key` 是哈希表的名称，`field` 是哈希表中的字段名。

例如，我们可以使用以下命令获取一个名为 `user:1001` 的哈希表中的字段 `name` 的值：

HGET user:1001 name

##### 3.2、获取Hash值 #####

如果需要获取哈希表中的多个字段的值，可以使用 `HMGET` 命令，它的语法如下：

HMGET key field1 [field2 ...]

例如，我们可以使用以下命令获取 `user:1001` 哈希表中的 `name` 和 `age` 字段的值：

HMGET user:1001 name age

如果需要获取哈希表中所有的字段和值，可以使用 `HGETALL` 命令，它的语法如下：

HGETALL key

例如，我们可以使用以下命令获取 `user:1001` 哈希表中的所有字段和值：

HGETALL user:1001

##### 3.3、删除Hash值 #####

在 Redis 中，删除 Hash 值的命令是 `HDEL`，它的语法如下：

HDEL key field [field ...]

其中，`key` 是哈希表的名称，`field` 是要删除的字段名。你可以一次删除一个或多个字段。

例如，我们可以使用以下命令删除一个名为 `user:1001` 的哈希表中的字段 `name`：

HDEL user:1001 name

如果你想要删除多个字段，可以在命令后面依次列出这些字段的名字，例如：

HDEL user:1001 name age

这个命令会删除 `user:1001` 哈希表中的 `name` 和 `age` 字段。

需要注意的是，`HDEL` 命令只会删除指定的字段及其值，而不会删除整个哈希表。如果你想要删除整个哈希表，可以使用 `DEL` 命令，例如：

DEL user:1001

这个命令会删除整个 `user:1001` 哈希表。

##### 3.4、其他Hash命令 #####

Redis 中 Hash 其他的一些常用命令还有：

1.  `HEXISTS key field`：查看哈希表 key 中，指定的字段是否存在。
2.  `HLEN key`：获取哈希表中字段的数量。
3.  `HKEYS key`：获取所有哈希表中的字段。
4.  `HVALS key`：获取哈希表中所有值。
5.  `HGETALL key`：获取在哈希表中指定 key 的所有字段和值。
6.  `HINCRBY key field increment`：为哈希表 key 中的指定字段的整数值加上增量 increment 。
7.  `HINCRBYFLOAT key field increment`：为哈希表 key 中的指定字段的浮点数值加上增量 increment 。
8.  `HMSET key field value [field value ...]`：同时将多个 field-value (字段-值)对设置到哈希表的 key 中。
9.  `HMGET key field [field ...]`：获取所有给定字段的值。