1. Redis有哪些數據類型？底層實現分別是什么

Redis數據類型概述

Redis作為一款鍵值存儲系統，提供了豐富多樣的數據類型以滿足不同場景的需求。以下是Redis支持的主要數據類型及其基本用途：

String（字符串）

存儲單個鍵值對，支持增刪改查、自增、截取等操作。

應用場景：計數器、緩存、分布式鎖等。

底層實現：Redis字符串是動態字符串（SDS），其內部結構包含長度、已用長度和字節數組。

編碼方式：Redis對字符串值的存儲采用多種編碼，如：

REDIS_ENCODING_INT：當值為整數且在一定范圍內時，直接存儲整數值，節省空間。

REDIS_ENCODING_EMBSTR：對于短字符串，使用embstr編碼，將字符串與結構體緊湊存儲在同一塊連續內存中，減少內存分配次數。

REDIS_ENCODING_RAW：長字符串或非整數值使用raw編碼，即傳統的簡單動態字符串。

List（列表）

有序的字符串列表，支持兩端插入、彈出、范圍查詢等操作。

應用場景：消息隊列、最新N個元素列表等。

底層實現：列表有兩種編碼方式，分別是：

ziplist（壓縮列表）：對于元素數量少且元素長度較短的列表，使用連續內存存儲，節省空間。

linkedlist（雙端鏈表）：當列表元素數量或長度超過一定閾值時，轉為雙端鏈表實現，保證操作的高效性。

Set（集合）

無序的字符串集合，不允許重復成員，支持添加、刪除、成員關系判斷等操作。

應用場景：標簽系統、唯一性檢查、交并差集運算等。

底層實現：集合也有兩種編碼：

intset（整數集合）：當集合中所有元素都是整數且范圍適當時，使用整數集合存儲，空間效率高。

hashtable（哈希表）：當集合包含非整數元素或元素數量超過一定閾值時，轉化為哈希表實現，提供快速的增刪查操作。

Sorted Set（有序集合）

類似集合，但每個成員附帶一個分數，依據分數進行排序。

支持添加、刪除、按分數范圍查詢、排名、聚合操作等。

應用場景：排行榜、帶權重的標簽系統、Top N查詢等。

底層實現：有序集合基于ziplist或skiplist（跳躍表）編碼：

ziplist：小型有序集合，使用壓縮列表存儲，元素按分數排序。

skiplist：大型有序集合，使用跳躍表實現，提供O(log N)的插入、刪除、查找等操作，同時保留了集合成員的順序。

Hash（哈希）

鍵值對的集合，每個鍵值對由field-value組成。

支持增刪改查單個field，批量操作整個哈希。

應用場景：對象屬性存儲、購物車等。

底層實現：哈希同樣存在兩種編碼：

ziplist：對于小規模哈希（字段數量和值長度較小），使用壓縮列表存儲，緊湊且高效。

hashtable：當哈希的字段數量或值長度超過閾值時，轉化為哈希表實現，提供快速的字段查找和更新。

Bitmaps（位圖）

功能：Bitmaps允許以位（bit）為單位存儲數據，非常適合用來表示稀疏的二進制狀態，如用戶簽到、統計用戶行為等。

應用案例：用戶簽到系統

假設有一個網站需要記錄用戶每天的簽到情況。對于每個用戶，我們可以使用一個唯一的用戶ID作為鍵名，用Bitmaps來表示其連續365天的簽到狀態。每天簽到時，使用SETBIT命令將對應日期的位設置為1。查詢用戶在過去一周是否有連續簽到，則可通過BITCOUNT命令計算過去7天的位圖中值為1的位數。

底層實現：在Redis中，位圖實際上是基于字符串（String）類型實現的，每個字節（8位）對應字符串中的一個字符。通過對字符串執行位操作命令（如SETBIT,?GETBIT,?BITCOUNT,?BITOP等），可以高效地進行位的增刪查改。

HyperLogLog

功能：HyperLogLog是一種概率數據結構，用于估算集合中不重復元素（基數）的大致數量，而不需要存儲所有元素。它以極小的空間開銷（通常幾百字節）提供接近精確的計數，適用于大規模唯一計數場景，如網站獨立訪客統計、唯一事件計數等。

應用案例：網站獨立訪客統計

在一個網站中，需要統計每天訪問的獨立訪客數，但不想為每個訪客保存完整的訪問記錄。可以為每天創建一個HyperLogLog鍵，每當有新的訪客訪問時，將其唯一標識符（如IP地址或用戶代理字符串的哈希值）添加到當天的HyperLogLog中。使用PFADD命令添加元素，PFCOUNT命令獲取估計的獨立訪客數。

底層實現：HyperLogLog使用特定的哈希函數和概率算法估計基數，不直接存儲元素，而是維護一個內部狀態來近似計數。

Geospatial Indexes（地理位置索引）

功能：Redis提供了對地理位置數據的支持，可以存儲經緯度坐標，并進行距離查詢、范圍查詢（如“附近的人”功能）、地理圍欄（如“在某區域內的人”）等操作。

應用案例：“附近的人”功能

在社交應用中，用戶可以查看當前位置附近的其他在線用戶。為每個用戶存儲其經緯度坐標，使用GEOADD命令將用戶位置添加到地理位置索引中。當查詢時，使用GEORADIUS或GEORADIUSBYMEMBER命令查找指定半徑內的其他用戶。

底層實現：使用有序集合（Sorted Set）存儲地理位置數據，成員為地理位置的標識符，分值為經過特定公式轉換后的經緯度坐標，以此實現空間索引。

Streams（流）

功能：Redis Streams是一種用于存儲和處理時間序列數據的數據結構，特別適用于構建消息隊列、活動日志、審計跟蹤等應用場景。它支持多消費者消費同一數據流的不同部分，并具備消息持久化、消息ID生成、消息分片（Consumer Group）等功能。

應用案例：訂單事件日志

在電商系統中，使用Redis Stream記錄訂單相關的事件，如訂單創建、支付成功、發貨等。每個事件作為一個消息，包含事件類型、發生時間、訂單ID等信息。消費者（如后臺任務、實時分析服務）通過XREAD或XREADGROUP命令訂閱并處理這些事件。

底層實現：Stream數據結構在內部以鍵值對的形式存儲，鍵為Stream的名字，值為一個特殊的字典結構，包含多個消息列表（每個消息列表代表一個分片）以及相關元數據。

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