问题

Redis有哪些数据结构？

答案

1. 核心概念

Redis提供了丰富的数据类型，既包括面向用户的五大基础数据类型，也包括底层的高效数据结构实现。理解两者的对应关系是优化Redis使用的关键。

2. 五大基础数据类型

2.1 String（字符串）

  • 特点：二进制安全，最大512MB
  • 应用场景：缓存、计数器、分布式锁、Session共享
  • 常用命令：SET、GET、INCR、DECR
// 计数器示例
redisTemplate.opsForValue().increment("page:views:1001"); // 页面访问计数

2.2 List（列表）

  • 特点：有序、可重复、双向链表
  • 应用场景：消息队列、时间线、最新动态
  • 常用命令：LPUSH、RPUSH、LPOP、RPOP、LRANGE
// 简单消息队列
redisTemplate.opsForList().leftPush("queue:tasks", task); // 生产者
String task = redisTemplate.opsForList().rightPop("queue:tasks"); // 消费者

2.3 Hash（哈希表）

  • 特点：键值对集合，类似Java的HashMap
  • 应用场景：对象存储、购物车、用户信息
  • 常用命令：HSET、HGET、HMGET、HGETALL
// 存储用户信息
Map<String, String> user = new HashMap<>();
user.put("name", "张三");
user.put("age", "25");
redisTemplate.opsForHash().putAll("user:1001", user);

2.4 Set（集合）

  • 特点：无序、不重复、支持交并差运算
  • 应用场景：标签、好友关系、去重
  • 常用命令：SADD、SMEMBERS、SINTER、SUNION
// 共同关注
redisTemplate.opsForSet().intersect("user:1001:follows", "user:1002:follows");

2.5 ZSet（有序集合）

  • 特点：有序、不重复、通过score排序
  • 应用场景：排行榜、延时队列、范围查询
  • 常用命令：ZADD、ZRANGE、ZREVRANGE、ZRANGEBYSCORE
// 排行榜
redisTemplate.opsForZSet().add("rank:score", "player1", 9500.0);
Set<String> top10 = redisTemplate.opsForZSet().reverseRange("rank:score", 0, 9);

3. 底层数据结构实现

Redis的上层数据类型基于以下底层结构实现：

3.1 SDS（Simple Dynamic String）

  • 说明：Redis自定义的字符串结构，相比C字符串增加了长度记录和预分配空间
  • 优势：O(1)获取长度、防止缓冲区溢出、支持二进制数据

3.2 链表（Linked List）

  • 说明：双向链表，Redis 3.2前List的底层实现之一
  • 特点：插入删除O(1)，但内存不连续、指针占用额外空间

3.3 跳表（Skip List）

  • 说明：多层有序链表，ZSet的核心实现
  • 优势：支持范围查询，平均O(log N)复杂度，实现简单

3.4 哈希表（Hash Table）

  • 说明：类似Java的HashMap，采用链地址法解决冲突
  • 特点：支持渐进式rehash，避免阻塞

3.5 整数集合（IntSet）

  • 说明：当Set中全是整数且数量较少时使用
  • 优势：紧凑存储，节省内存

3.6 压缩列表（ZipList）

  • 说明：紧凑的连续内存数组，Redis 7.0前List/Hash/ZSet在数据量小时使用
  • 优势：内存紧凑，但插入删除需移动元素

3.7 快速列表（QuickList）

  • 说明：Redis 3.2+ List的底层实现，结合链表和压缩列表
  • 优势：兼顾内存和性能

3.8 紧凑列表（ListPack）

  • 说明：Redis 7.0+ 替代ZipList的新结构
  • 优势：解决了ZipList的级联更新问题

4. 数据类型与底层结构对应关系

数据类型 底层编码（Redis 7.0+） 触发条件
String SDS 所有情况
List QuickList 所有情况
Hash ListPack / HashTable 元素少用ListPack，多了转HashTable
Set IntSet / HashTable 全整数且少用IntSet
ZSet ListPack / SkipList+HashTable 元素少用ListPack，多了转SkipList

查看编码方式：

redis> OBJECT ENCODING mykey
"listpack"

5. 性能优化与场景选择

5.1 类型选择原则

  • 简单值：用String（如计数器）
  • 列表数据：用List（如消息队列）
  • 对象属性：用Hash（如用户信息）
  • 去重场景：用Set（如标签）
  • 排序需求：用ZSet（如排行榜）

5.2 内存优化

  • 小对象优化：控制元素数量和大小，触发紧凑编码（ListPack/IntSet）
    • Hash：hash-max-listpack-entries 512（默认）
    • ZSet：zset-max-listpack-entries 128（默认）
  • 避免大Key：单个Key的value过大会阻塞Redis
  • 过期策略：合理设置TTL，及时释放内存

6. 面试答题总结

标准回答模板：

Redis提供五大基础数据类型：

  1. String：最基础类型，用于缓存、计数器、分布式锁
  2. List：有序列表，用于消息队列、时间线
  3. Hash：键值对集合，用于对象存储、购物车
  4. Set：无序不重复集合，用于标签、去重
  5. ZSet：有序集合，用于排行榜、延时队列

底层基于SDS、跳表、哈希表、压缩列表等高效数据结构实现，会根据数据量自动选择合适的编码方式以优化内存和性能。

常见追问：

  • ZSet为什么用跳表而不是红黑树？ → 实现简单，支持范围查询，内存局部性好
  • List的底层实现？ → Redis 3.2+ 用QuickList（链表+压缩列表）
  • 如何查看Key的底层编码？ → OBJECT ENCODING key