一、字符串（String）

最简单的键值对存储，常用于缓存、计数器等场景‌。

命令

SET key value//设置指定key的值
GET key//获取指定key的值
MSET key value [key value ...]//同时设置一个或多个key-value对
MGET key [key ...]//获取所有给定key的值
SETNX key value//只有在key不存在时设置key的值
INCR key//将key中储存的数字值增1
DECR key//将key中储存的数字值减1
APPEND key value//如果key已经存在并且是一个字符串，将指定的value追加到该key原来值的末尾
STRLEN key//返回key所储存的字符串值的长度

简单动态字符串（SDS：Simple Dynamic String）

优点
1.获取字符串长度的时间复杂度为O（1），长度保存在len字段里。
2.支持动态扩容，当字符串修改时，会根据字符串长度进行扩容。
3.减少内存分配次数，会提前内存预分配。
4.二进制安全，根据字符串长度读取字段，而不是根据\0标志判断结束。

底层实现

1.RAW

基本的编码方式是RAW，基于简单动态字符串（SDS）实现，存储上限为512MB。

2.EMBSTR

如果存储的SDS长度小于44字节，则会才用EMBSTR编码，此时object head与SDS是一段连续空间，申请内存时只需要调用一次内存分配函数，效率更高。

3.INT

如果存储的字符串是整数值，并且大小在LONG_MAX范围内，则会采用INT编码：直接将数据保存在RedisObject的ptr指针位置（刚好8字节），不再需要SDS了。

二、列表（List）

有序链表结构，支持两端操作，适用于消息队列、时间轴等场景‌。

命令

LPUSH key value [value ...]//将一个或多个值插入到列表头部
RPUSH key value [value ...]//在列表中添加一个或多个值到尾部
LPOP key//移出并获取列表的第一个元素
RPOP key//移除列表的最后一个元素，返回值为移除的元素
LRANGE key start stop//获取列表指定范围内的元素
LLEN key//获取列表长度

ZipList

entry的数据结构：前一个节点长度，编码属性，内容。

连锁更新

当在前面插入一个新的数据时，会导致后面每一个数据空间也需要改变，就可能造成了连锁更新。连锁更新会导致ziplist的内存空间需要多次重新分配，直接影响ziplist的查询性能。（由于前一节点长度增加，后一个节点要保存前一个节点的长度，也会增加，再后一个保存前面的大小随着都需要增加。。。）

QuickList

通过QuickList里面再包含一个ZipList，既优化了查询速度，又节省了内存空间。

compress=1：压缩深度为1，首位只有一个元素不压缩，其他都压缩。fill=-2：大小为8kb。

是一个节点为ZipList的双端链表。
节点采用ZipList，解决了传统链表的内存占用问题。
控制了ZipList大小，解决连续内存空间申请效率问题。
中间节点可以压缩，进一步节省了内存。

底层实现

LinkedList：普通链表，可以从双端访问，内存占用较高，内存碎片较多；每个节点都用指针相连，指针占用内存较高，且数据不连续。
ZipList：压缩列表，可以从双端访问，内存占用低，内存上限低；没有指针，根据节点大小推算位置，存储在连续的空间里。
QuickList：LinkedList+ZipList，可以双端访问，内存占用较低，包含多个ZipList，存储上限高。

三、哈希表（Hash）

存储字段-值映射，适合表示对象（如用户信息），支持部分更新‌。

命令

HSET key field value//将哈希表key中的字段field的值设为value
HGET key field//获取存储在哈希表中指定字段的值
HGETALL key//获取在哈希表中指定key的所有字段和值
HMSET key field value [field value ...]//同时将多个field-value对设置到哈希表key中
HMGET key field [field ...]//获取所有给定字段的值
HKEYS key//获取所有哈希表中的字段

Dict（Hash Table）

Dict在每次新增键值对的时候会检查负载因子（LoadFactor=used/size），满足以下两种情况时会触发哈希表扩容。

渐进式ReHash

Redis中的渐进式rehash是一种平滑的哈希表扩容机制，它通过分批次迁移数据的方式，避免在rehash过程中造成服务阻塞。

ReHash触发条件：

（1）哈希表的LoadFactor>=1，并且服务器没有执行BGSAVE或者BGREWRITEAOF等后台进程
（2）哈希表的LoadFactor>5

ReHash流程：
(1)计算新的hash表的size，判断要扩容还是缩容。
扩容：新size为第一个大于等于dict.ht[0].used + 1的2的n次方（不小于4）
收缩：新size为第一个大于等于dict.ht[0].used的2的n次方
(2)按照新的size申请内存空间，创建dictht，并赋值给dict.ht[1]。
(3)设置dict.rehashidx=0.标识开始rehash。
(4)每次执行新增、查询、修改、删除操作时，都检查一下dict.rehashidx是否大于-1，如果是则将dict.ht[0].table[rehashidx]的entry链表rehash到dict.ht[1]，并且将rehashidx++,直至dict.ht[0]的所有数据都rehash到dict.ht[1]（一次迁移一个元素，该元素只能出现在dict.ht[1]或者dict.ht[0]中）
(5)将dict.ht[1]赋值给dict.ht[0]，给dict.ht[1]初始化为空哈希表，释放原来的dict.ht[0]的内存。
(6)将rehashidx赋值为-1，代表rehash结束。
(7)在rehash过程中，新增操作，则直接写入ht[1]，查询、修改和删除则会在dict.ht[0]和dict.ht[1]依次查找并执行。这样可以确保ht[0]的数据只增不减，随着rehash最终为空。

ListPack

listpack 也是一种紧凑型数据结构，用一块连续的内存空间来保存数据，并且使用多种编码方式来表示不同长度的数据来节省内存空间。

listpack 没有压缩列表中记录前一个节点长度的字段了，listpack 只记录当前节点的长度，当我们向 listpack 加入一个新元素的时候，不会影响其他节点的长度字段的变化，从而避免了压缩列表的连锁更新问题。为了节省内存的开销，listpack 节点会采用不同编码方式保存不同大小的数据。

底层实现

1.默认采用ZipList编码，节省内存空间，ZipList相邻两个entry分别保存field和value。7.0 版本的时候使用 listpack 取代 ziplist。

2.当数据量较大时，Hash结构会转为HT编码，也就是Dict，出发条件为：（1）ZipList中的元素数量超过了hash-max-ziplist-entries（默认512）（2）ZipList中的任意entry大小超过了hash-max-ziplist-value（默认64字节）。

基于字典（dict）结构，采用链地址法解决哈希冲突。

四、集合（Set）

无序且元素唯一，用于去重、标签系统等‌。

命令

SADD key member [member ...]//向集合添加一个或多个成员
SMEMBERS key//返回集合中的所有成员
SISMEMBER key member//判断member元素是否是集合key的成员
SREM key member [member ...]//移除集合中一个或多个成员

IntSet

IntSet升级

(1)升级编码为INTSET_ENC_INT32，每个整数占4字节，并按照新的编码方式及元素个数扩容数组。
(2)倒序一次将数组中的元素拷贝到扩容后的正确位置。
(3)将待添加的元素放入数组末尾。
(4)最后将intset的encoding属性改为INTSET_ENC_INT32，将length属性改为4。

底层实现

1.Hash Table

为了查询效率和唯一性，set采用HT编码（Dict），dict中的key用来存储元素，value统一为null。

2.IntSet

当存储的所有数据都是整数，并且元素数量不超过set-max-intset-entries时，set会采用IntSet编码，以节省内存。

五、有序集合（ZSet）

元素按分数排序，支持范围查询，适用于排行榜等场景‌。

命令

ZADD key score member [score member ...]//向有序集合添加一个或多个成员，或者更新已存在成员的分数
ZRANGE key start stop//通过索引区间返回有序集合指定区间内的成员
ZRANK key member//返回有序集合中指定成员的索引

跳表（skipList）

跳跃表是一个双向链表，每个节点都包含score和element值
节点按照score值排序，score值一样则按照element字典排序
每个节点可包含多层指针，层数是1~32之间的随机数
不同层指针到下一个节点的跨度不同，层级越高，跨度越大
增删改查效率与红黑树基本一致，实现却更简单

底层实现

1.zipList

满足条件：

(1)元素数量小于zset_max_ziplist_entries，默认值128
​‌(2)每个元素都小于zset_max_ziplist_value字节，默认值64

ziplist本身没有排序功能，而且没有键值对的概念，因此需要有zset通过编码实现：
ZipList是连续内存，因此score和element是紧凑在一起的两个entry，element在前，score在后
score越小越接近首，score越大越接近尾，按照score值升序排列

2. 跳表+哈希表

结合跳跃表（skiplist）和哈希表实现高效排序与查找‌。

参考：【黑马程序员Redis入门到实战教程，深度透析redis底层原理+redis分布式锁+企业解决方案+黑马点评实战项目】 https://www.bilibili.com/video/BV1cr4y1671t/?p=151&share_source=copy_web&vd_source=554f6cfaea00d504c732eb9b35cd6e8b