Redis底層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是Redis高效存儲(chǔ)和操作數(shù)據(jù)的基礎(chǔ),Redis提供了五種基本的數(shù)據(jù)類型，每種類型在底層都有對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這五種數(shù)據(jù)類型分別是：字符串（String）、哈希（Hash）、列表（List）、集合（Set）和有序集合（Sorted Set）。

1. 字符串（String）

字符串是Redis中最基本的數(shù)據(jù)類型，底層實(shí)現(xiàn)使用的是簡(jiǎn)單動(dòng)態(tài)字符串（SDS），SDS具有以下特點(diǎn)：
1.長(zhǎng)度與空間： SDS 維護(hù)了一個(gè) len 字段表示已使用長(zhǎng)度，一個(gè) free 字段表示未使用的剩余空間，避免了每次操作都重新計(jì)算字符串長(zhǎng)度。
2.二進(jìn)制安全： SDS 可以存儲(chǔ)任意二進(jìn)制數(shù)據(jù)，不像 C 語(yǔ)言的字符串只能存儲(chǔ)文本數(shù)據(jù)。
3.空間預(yù)分配： 當(dāng) SDS 擴(kuò)展時(shí)，除了為新內(nèi)容分配必要的空間外，還會(huì)分配額外的空間以減少未來(lái)的擴(kuò)展次數(shù)。
4.惰性空間釋放： 當(dāng) SDS 縮小時(shí)，并不會(huì)立即回收多余空間，而是通過(guò) free 字段記錄剩余空間，以備后續(xù)使用。

應(yīng)用場(chǎng)景

緩存對(duì)象： 字符串類型通常用來(lái)緩存簡(jiǎn)單的對(duì)象，比如緩存用戶信息、網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容、配置信息等。
計(jì)數(shù)器： 可以使用字符串類型來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器，利用 INCR、DECR 操作對(duì)數(shù)值進(jìn)行原子性的加減操作。適用于統(tǒng)計(jì)網(wǎng)站訪問(wèn)量、點(diǎn)贊數(shù)等。
分布式鎖： 可以使用字符串類型加上 SETNX 命令實(shí)現(xiàn)分布式鎖。通過(guò)給字符串設(shè)置一個(gè)過(guò)期時(shí)間來(lái)確保鎖的自動(dòng)釋放。
Session 數(shù)據(jù)： 可以將用戶的會(huì)話數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在 Redis 中，利用字符串類型快速讀取和更新會(huì)話信息。

2. 列表（List）

Redis 的列表類型底層使用了兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：雙向鏈表 和 壓縮列表（ziplist）。
雙向鏈表： 用于存儲(chǔ)元素較多或者元素較大的列表。雙向鏈表的特點(diǎn)是支持雙向遍歷，插入和刪除操作非常高效。
壓縮列表： 是一種內(nèi)存緊湊型的連續(xù)內(nèi)存塊，用于存儲(chǔ)較小數(shù)量的短字符串列表。當(dāng)列表中的元素較少且元素值較小時(shí)，Redis 會(huì)選擇使用壓縮列表來(lái)節(jié)省內(nèi)存。

應(yīng)用場(chǎng)景

消息隊(duì)列： 利用列表的 LPUSH 和 RPOP（或 BRPOP）操作，可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的消息隊(duì)列，支持先進(jìn)先出的隊(duì)列模式。
任務(wù)隊(duì)列： 將待處理的任務(wù)存入列表，工作線程可以從列表中取出任務(wù)進(jìn)行處理，非常適合任務(wù)調(diào)度、工作隊(duì)列的場(chǎng)景。
日志收集： 可以使用列表來(lái)收集和存儲(chǔ)日志信息，日志信息可以通過(guò) LPUSH 插入到列表中，再通過(guò) LRANGE 或 LPOP 進(jìn)行讀取和處理。
分頁(yè)數(shù)據(jù)： 在某些場(chǎng)景下，可以將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在列表中，并使用 LRANGE 命令進(jìn)行分頁(yè)顯示。

3.哈希（Hash）

哈希類型的底層也使用了 壓縮列表（ziplist） 和 哈希表（hashtable） 兩種結(jié)構(gòu)。
壓縮列表： 當(dāng)哈希表中的鍵值對(duì)較少且每個(gè)鍵值對(duì)的數(shù)據(jù)量都比較小時(shí)，Redis 會(huì)使用壓縮列表來(lái)存儲(chǔ)，節(jié)省內(nèi)存。
哈希表： 當(dāng)哈希表的元素較多時(shí)，Redis 會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為哈希表結(jié)構(gòu)，哈希表實(shí)現(xiàn)了高效的查找、插入和刪除操作。

應(yīng)用場(chǎng)景

存儲(chǔ)對(duì)象信息： 哈希類型特別適合存儲(chǔ)對(duì)象，例如存儲(chǔ)用戶信息、產(chǎn)品信息等。每個(gè)對(duì)象的字段可以作為哈希表的鍵，字段值作為哈希表的值。
計(jì)數(shù)器： 在某些場(chǎng)景下，需要為多個(gè)字段進(jìn)行獨(dú)立的計(jì)數(shù)操作，哈希類型可以為每個(gè)字段單獨(dú)計(jì)數(shù)，例如對(duì)用戶行為進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)。
元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)： 在一些需要存儲(chǔ)大量小數(shù)據(jù)的場(chǎng)景下，哈希類型可以用來(lái)存儲(chǔ)這些元數(shù)據(jù)，例如緩存數(shù)據(jù)庫(kù)中的表行數(shù)據(jù)。

4. 集合（Set）

集合類型的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是 哈希表（hashtable），因?yàn)榧系脑厥菬o(wú)序且唯一的。Redis 使用哈希表來(lái)確保集合元素的唯一性并提供 O(1) 的查找、插入和刪除操作。

應(yīng)用場(chǎng)景

標(biāo)簽系統(tǒng)： 集合可以用于實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽系統(tǒng)，例如存儲(chǔ)用戶的興趣標(biāo)簽，利用集合的無(wú)序性和唯一性，確保每個(gè)用戶興趣只被存儲(chǔ)一次。
去重： 在需要去重的場(chǎng)景下，可以利用集合來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并確保數(shù)據(jù)唯一性。例如，在社交媒體應(yīng)用中，跟蹤用戶點(diǎn)贊的帖子。
好友推薦： 可以使用集合操作來(lái)計(jì)算兩個(gè)用戶的共同好友，通過(guò) SINTER 等操作獲得交集，從而推薦共同好友。
實(shí)時(shí)排名： 集合可以用于一些簡(jiǎn)單的實(shí)時(shí)排名系統(tǒng)，通過(guò) SADD 和 SMEMBERS 操作，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)更新和查詢。

5.有序集合（Sorted Set）

有序集合的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是跳表（skiplist）和壓縮列表（ziplist）的結(jié)合。
跳表： 用于存儲(chǔ)大量有序的元素，支持快速的范圍查詢操作。跳表是 Redis 實(shí)現(xiàn)有序集合的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過(guò)多層鏈表來(lái)實(shí)現(xiàn)快速查找。
壓縮列表： 當(dāng)有序集合中的元素較少時(shí)，Redis 會(huì)使用壓縮列表來(lái)存儲(chǔ)，以節(jié)省內(nèi)存。

應(yīng)用場(chǎng)景

排行榜： 有序集合廣泛用于實(shí)現(xiàn)排行榜系統(tǒng)，例如根據(jù)用戶的得分排序排名，使用 ZADD 添加數(shù)據(jù)，ZRANGE 獲取排名。
延遲隊(duì)列： 可以使用有序集合實(shí)現(xiàn)延遲任務(wù)隊(duì)列，通過(guò)分?jǐn)?shù)表示任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間，到達(dá)指定時(shí)間時(shí)執(zhí)行任務(wù)。
限時(shí)活動(dòng)： 在限時(shí)促銷或競(jìng)拍等場(chǎng)景中，可以使用有序集合存儲(chǔ)用戶出價(jià)和時(shí)間，根據(jù)分?jǐn)?shù)（價(jià)格或時(shí)間）排序確定優(yōu)先級(jí)。
優(yōu)先級(jí)隊(duì)列： 有序集合也可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)不同給定不同的分?jǐn)?shù)，任務(wù)可以按照優(yōu)先級(jí)執(zhí)行。

6.HyperLogLog

HyperLogLog 是一種概率性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于計(jì)算數(shù)據(jù)的基數(shù)（即去重后元素的數(shù)量）。它的主要優(yōu)點(diǎn)是在處理大量元素時(shí)，使用非常少的內(nèi)存就能給出一個(gè)誤差范圍可接受的基數(shù)估計(jì)。

應(yīng)用場(chǎng)景

大數(shù)據(jù)去重統(tǒng)計(jì)： 適用于大規(guī)模數(shù)據(jù)的基數(shù)統(tǒng)計(jì)，例如統(tǒng)計(jì)一個(gè)網(wǎng)站的日活躍用戶（UV），HyperLogLog 可以在使用極少內(nèi)存的情況下給出一個(gè)大致的唯一用戶數(shù)。
在線統(tǒng)計(jì)： 可以用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)，例如在廣告系統(tǒng)中統(tǒng)計(jì)廣告點(diǎn)擊的獨(dú)立用戶數(shù)。

7. 位圖（Bitmap）

位圖不是 Redis 的基本數(shù)據(jù)類型，而是一種基于字符串類型的高級(jí)操作。位圖將字符串的每個(gè)比特位視為一個(gè)二進(jìn)制位，從而可以高效地進(jìn)行大規(guī)模的布爾類型操作。

應(yīng)用場(chǎng)景

用戶簽到系統(tǒng)： 可以使用位圖記錄用戶的簽到情況，每一位表示一天，1 表示簽到，0 表示未簽到，可以快速統(tǒng)計(jì)用戶的連續(xù)簽到天數(shù)、缺勤次數(shù)等。
權(quán)限控制： 位圖可以用于實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的權(quán)限控制，使用一組比特位表示不同的權(quán)限，判斷某用戶是否擁有某項(xiàng)權(quán)限。
活躍用戶統(tǒng)計(jì)： 可以使用位圖記錄某段時(shí)間內(nèi)用戶是否活躍，每位表示一天，通過(guò) BITCOUNT 可以快速統(tǒng)計(jì)某段時(shí)間內(nèi)的活躍天數(shù)。

8.Geospatial（地理空間索引）

Redis 提供了一套基于有序集合的地理空間數(shù)據(jù)類型，通過(guò) GeoHash 和有序集合實(shí)現(xiàn)地理位置的存儲(chǔ)和查詢。

應(yīng)用場(chǎng)景

附近的人/店鋪搜索： 可以用于 LBS（Location-Based Service）應(yīng)用，存儲(chǔ)用戶或店鋪的地理位置，通過(guò) GeoHash 和有序集合來(lái)快速計(jì)算某點(diǎn)附近的其他點(diǎn)。
物流跟蹤： 可以存儲(chǔ)快遞或者車輛的地理位置，并在需要時(shí)查詢某個(gè)位置周圍的快遞或車輛。