Redis数据结构之String

String 类型是 Redis 的最基本的数据类型，一个 key 对应一个 value，可以理解成与Memcached一模一样的类型。

String 类型是二进制安全的，意思是 Redis 的 String 可以包含任何数据，比如图片或者序列化的对象，一个 Redis 中字符串 value 最多可以是 512M。并且的存储是动态的（意味着可以随时修改它本身的值），每次分配内存时会高出实际字符串的 length，这样采用预分配冗余空间方式来减少内存的频繁分配。

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1、String数据类型

1.1、String类型简介

String 类型是 Redis 的最基本的数据类型，一个 key 对应一个 value，可以理解成与Memcached一模一样的类型。

String 类型是二进制安全的，意思是 Redis 的 String 可以包含任何数据，比如图片或者序列化的对象，一个 Redis 中字符串 value 最多可以是 512M。并且的存储是动态的（意味着可以随时修改它本身的值），每次分配内存时会高出实际字符串的 length，这样采用预分配冗余空间方式来减少内存的频繁分配。

1.2、String应用场景

String 使用场景一般是存储简单的键值类型。比如用户信息，登录信息，配置信息等。还有一种用得比较多的是 string 的 “incr/decr” 操作，即"自减/自增"操作。调用它是原子性的，无论调用多少次，都一一计算成功，例如需要增减库存的操作。

应用场景：

1. 缓存基础数据：例如缓存登录用户的基本的缓存数据，但是建议使用 Hash 缓存；
2. 计数器：浏览量、点击数等。利用 string 的 “incr/decr” 操作，即"自减/自增"操作，并且它是原子性的；
3. 限制请求次数：也是利用 “incr” 方法，以访问者的 ip 和其他信息作为 key，访问一次增加一次计数，超过次数则返回 false；
4. 分布式共享 Session：因为 Redis 是分布式的独立服务，可以在多个应用之间共享，所以可以用作分布式 Session 等场景；
5. 分布式锁：SET 命令有个 NX 参数可以实现「key不存在才插入」，可以用它来实现分布式锁。

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2、String底层结构

2.1、SDS简单动态字符串结构

Redis 使用 SDS 简单动态字符串（Simple Dynamic String，SDS）来表示字符串，Redis 中字符串类型包含的数据结构有：整数（R_INT）、字符串（R_RAW）。

我们以字符串为例子，常规的字符串，如 “Brand”，如果要获取他的长度，需要从头开始遍历，直至遇到 ‘\0’ 空字符代表结尾，如 C 字符串：

C 字符串结构与 SDS 字符串结构对比图参照如下：

结合上图来看，其中：

属性	说明
“Free”	记录 Buf 数组中未使用字节的长度
“Len”	记录 Buf 数组中已使用字节的长度，等于 “Buf[]” 中字符串的长度
“Buf[]”	字节数组，用于保存字符串，最后一个字节则保存了空字符 ‘\0’，代表结尾。

2.2、SDS简单动态字符串优点

比起 C 字符串，SDS 具有以下优点：

1. 时间方面：SDS 获取字符串长度时间复杂度为 O(1) ，C 字符串不记录自身长度，获取 C 字符串长度时必须遍历整个字符串计数得到，复杂度是 O(N)，SDS 字符串自身记录维护 “Len” 长度属性，获得 SDS 字符串长度的复杂度是 O(1)；

2. 空间方面-空间预分配操作：SDS 被修改后，程序不仅会为 SDS 分配所需要的空间，还会分配额外的未使用空间。这样，Redis 可以减少连续执行字符串增长操作所需的内存重分配次数；

3. 空间方面-杜绝缓冲区溢出：C 字符串不记录长度，由于两个 C 字符串在内存存储上紧邻，在执行字符串拼接 strcat 时，如果不提前分配足够空间，很可能发生修改 s1 的数据溢出到 s2 所在的空间中（缓冲区溢出）。SDS 杜绝了缓冲区溢出问题，它记录了长度，当修改 SDS 字符串之前，API 都会检查 SDS 的空间是否满足修改的要求，不满足 API 会自动进行空间扩展；

   具体分配未使用空间如下 2 种方式：

   • 如修改后长度 “Len” 小于 1MB，就分配和 “Len” 属性相同大小的未使用空间：Free=Len

   • 如修改后长度 “Len” 大于等于 1MB，就分配 1M 的未使用空间：Free=1MB

4. 空间方面-惰性空间的释放：SDS 避免了缩短字符串时所需的内存重分配操作，并为将来可能有的增长操作提供了优化。当 SDS 做缩短操作，不会立刻使用内存重分配来收回缩短后多出来的字节，而是保持在 free 属性里。将来如果需要 append 操作，则直接使用 “Free” 中未使用的空间，减少了内存的分配步骤。另外，SDS 也提供了 API 手动进行释放 SDS 未使用空间，避免惰性释放策略会造成内存浪费；

5. 二进制安全：二进制安全：C 字符串的字符必须符合某种编码，除结尾空字符以外，字符串内部不允许有空字符串，存储有局限性。而在 Redis 中，不仅可以存储 String 类型的数据，也可能存储一些二进制数据。二进制数据并不是规则的字符串格式，其中会包含一些特殊的字符如 ‘\0’。在 C 中遇到 ‘\0’ 则表示字符串的结束，但 SDS 不是，它是以 “Len” 长度标识结尾；

6. 兼容 C 字符串函数：SDS 虽然不仅二进制安全的，还是秉承 C 字符串以空字符结尾的特性，很多函数与 C 字符串一致不需要重写。

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3、String常用命令

3.1、设定/获取操作

设定/获取 Key 值：

SET key value					# 设置指定 key 的值：
GET key								# 获取指定 key 的值：

3.2、自增/自减操作

自减/自增 Key 值：

INCR key							# 自增
DECR key							# 自减

String 类型除了可以存字符串也可以是数字。注意这里得是数字才可以进行

如果要带步长：

INCRBY key	num				# 自增
DECRBY key	num				# 自减

3.3、追加字符串

使用 append 追加字符串：

APPEND key addvalue

append 命令后但会当前 string 长度。

3.4、删除字符串

使用 del 删除字符串：

DEL key
DEL key1 key2 key3

3.5、截取字符串

使用 getrange 截取字符串：

getrange key start end
getrange key 0 -1						# 查询全部

3.6、替换字符串

使用 setrange 替换字符串：：

setrange key num value

3.7、分布式锁设置

分布锁设置，只有在 key 不存在时设置 key 的值：

SETNX key value 	

3.8、设置过期时间

设置指定 key 的值，并将 key 的过期时间设为 seconds 秒：

SETEX key seconds value

3.9、批量操作设置

一次性设置多个：

MSET k1 v1 k2 v2 k3 v3

一次性获取多个：

MGET k1 k2 k3

一次性设置多个（事务），只要有一个失败，则都不成功：

MSETNX k1 v1 k2 v2 k3 v3

3.10、获取字符串长度

使用 strlen 获取字符串长度：

STRLEN key