08_Redis 哈希（Hash）类型：深入解析与实践应用
Redis 哈希类型（Hash）：深入解析与实践应用
一、引言
Redis 作为一款高性能的键值对数据库，提供了多种丰富的数据类型，其中哈希（Hash）类型是一种非常实用的数据结构。哈希类型可以将多个键值对存储在一个键下，类似于编程语言中的字典或对象。它适用于存储和管理具有多个属性的对象，如用户信息、商品信息等。理解哈希类型的存储结构、操作指令以及在不同场景下的应用，对于充分发挥 Redis 的性能和功能优势至关重要。本文将详细介绍 Redis 哈希类型，包括其存储结构和模型、常用操作指令、实际应用场景、使用示例以及在 Go 语言中的具体应用。
二、存储结构和模型
（一）哈希表（Hash Table）
Redis 的哈希类型在底层使用哈希表来实现。哈希表是一种通过哈希函数将键映射到存储位置的数据结构，它可以提供快速的查找、插入和删除操作。Redis 中的哈希表结构定义如下：
typedef struct dictht {
// 哈希表数组
dictEntry **table;
// 哈希表大小
unsigned long size;
// 哈希表大小掩码，用于计算索引值
unsigned long sizemask;
// 该哈希表已有节点的数量
unsigned long used;
} dictht;
其中，table 是一个指向 dictEntry 指针数组的指针，dictEntry 是哈希表中的每个节点，它存储了键值对的信息。size 表示哈希表的大小，sizemask 用于计算键的索引值，used 表示哈希表中已有的节点数量。
（二）哈希节点（dictEntry）
哈希节点 dictEntry 存储了具体的键值对信息，其结构定义如下：
typedef struct dictEntry {
// 键
void *key;
// 值
union {
void *val;
uint64_t u64;
int64_t s64;
double d;
} v;
// 指向下一个哈希节点，用于解决哈希冲突
struct dictEntry *next;
} dictEntry;
key 存储了键的信息，v 是一个联合体，用于存储值，可以是指针、无符号 64 位整数、有符号 64 位整数或双精度浮点数。next 指针用于处理哈希冲突，当多个键通过哈希函数映射到同一个位置时，它们会通过链表的方式连接起来。
（三）渐进式 rehash
随着哈希表中元素的增加或减少，为了保持哈希表的性能，Redis 会进行 rehash 操作。rehash 是指将一个哈希表中的元素重新映射到一个新的哈希表中。Redis 采用渐进式 rehash 的方式，避免一次性 rehash 带来的性能开销。
在渐进式 rehash 过程中，Redis 会同时维护两个哈希表 ht[0] 和 ht[1]。当需要进行 rehash 时，会为 ht[1] 分配一个更大或更小的空间，然后在后续的操作中，每次对哈希表进行读写操作时，都会将 ht[0] 中的一部分元素迁移到 ht[1] 中。当 ht[0] 中的所有元素都迁移到 ht[1] 后，ht[0] 会被释放，ht[1] 成为新的哈希表。
（四）大哈希和小哈希的区别
1. 小哈希（ziplist 编码）
当哈希表中的元素数量较少且每个字段和值的长度都较小时，Redis 会使用 ziplist 编码来存储哈希表。ziplist 是一种紧凑的、连续的内存数据结构，它将所有的键值对依次存储在一块连续的内存中，通过偏移量来访问每个元素。这种编码方式可以节省内存空间，因为它不需要额外的指针来维护链表结构。
例如，当存储一个用户的基本信息，如用户名、年龄和性别时，如果这些信息的长度都比较短，Redis 可能会使用 ziplist 编码来存储这个哈希表。
2. 大哈希（hashtable 编码）
当哈希表中的元素数量较多或者某个字段和值的长度较长时，Redis 会使用 hashtable 编码，也就是前面介绍的哈希表结构。hashtable 编码可以提供更高效的查找、插入和删除操作，因为它使用哈希函数来快速定位元素。但是，hashtable 编码需要额外的内存来存储哈希表的结构和指针，因此会占用更多的内存空间。
例如，当存储一个包含大量属性的商品信息时，Redis 会使用 hashtable 编码来存储这个哈希表，以保证操作的高效性。
三、常用操作指令
（一）HSET 指令
1. 功能与语法
HSET key field value 用于为哈希表中的指定字段赋值。如果哈希表不存在，会创建一个新的哈希表并设置字段的值；如果字段已经存在，会更新其值。
2. 使用示例
HSET user:1001 name "John Doe"
HSET user:1001 age 30
HSET user:1001 gender "Male"
上述示例中，我们为 user:1001 这个哈希表的 name、age 和 gender 字段分别赋值。
（二）HGET 指令
1. 功能与语法
HGET key field 用于获取哈希表中指定字段的值。如果字段存在，返回其值；如果字段不存在，返回 nil。
2. 使用示例
HGET user:1001 name
该指令会返回 user:1001 哈希表中 name 字段的值，即 "John Doe"。
（三）HGETALL 指令
1. 功能与语法
HGETALL key 用于获取哈希表中的所有字段和值。返回结果是一个列表，列表中的元素依次是字段和对应的值。
2. 使用示例
HGETALL user:1001
执行该指令后，会返回如下结果：
1) "name"
2) "John Doe"
3) "age"
4) "30"
5) "gender"
6) "Male"
（四）其他常用指令
1. HDEL 指令
HDEL key field [field ...] 用于删除哈希表中指定的一个或多个字段。如果字段存在，会将其删除并返回删除的字段数量；如果字段不存在，返回 0。
HDEL user:1001 age
该指令会删除 user:1001 哈希表中的 age 字段。
2. HEXISTS 指令
HEXISTS key field 用于检查哈希表中指定字段是否存在。如果存在，返回 1；如果不存在，返回 0。
HEXISTS user:1001 name
该指令会检查 user:1001 哈希表中 name 字段是否存在。
3. HLEN 指令
HLEN key 用于获取哈希表中字段的数量。
HLEN user:1001
该指令会返回 user:1001 哈希表中字段的数量。
四、实际应用场景
（一）存储对象信息
1. 原理
哈希类型非常适合存储具有多个属性的对象信息，如用户信息、商品信息等。将对象的每个属性作为哈希表的一个字段，属性值作为字段的值，这样可以方便地对对象的各个属性进行单独的读写操作。
2. 示例
在一个电商系统中，每个商品都有多个属性，如名称、价格、库存、描述等。可以使用哈希类型来存储商品信息：
HSET product:1001 name "iPhone 14"
HSET product:1001 price 999
HSET product:1001 stock 100
HSET product:1001 description "A high - end smartphone"
当需要获取商品的某个属性时，如价格，可以使用 HGET product:1001 price 指令。
（二）缓存关联数据
1. 原理
在一些场景中，需要缓存一些关联的数据，这些数据通常具有多个属性。使用哈希类型可以将这些关联数据存储在一个键下，方便管理和更新。
2. 示例
在一个社交平台中，用户的个人资料包含多个信息，如昵称、头像、签名等。可以将用户的个人资料存储在 Redis 的哈希表中：
HSET user_profile:1001 nickname "Tom"
HSET user_profile:1001 avatar "http://example.com/avatar.jpg"
HSET user_profile:1001 signature "Keep smiling!"
当用户修改个人资料时，只需要更新相应的字段即可，如 HSET user_profile:1001 signature "New signature"。
（三）计数器分组
1. 原理
在某些场景中，需要对不同类型的事件进行计数，并且这些计数是关联在一起的。可以使用哈希类型将这些计数器分组存储，方便统计和管理。
2. 示例
在一个网站分析系统中，需要统计不同页面的访问量、点赞数和评论数。可以使用哈希类型来存储这些计数器：
HSET page_stats:homepage views 1000
HSET page_stats:homepage likes 200
HSET page_stats:homepage comments 50
当有新的访问、点赞或评论事件发生时，可以使用 HINCRBY 指令来更新相应的计数器，如 HINCRBY page_stats:homepage views 1 表示首页的访问量增加 1。
五、使用示例
（一）基础操作示例
1. HSET 和 HGET 操作
HSET book:1 title "Redis in Action"
HSET book:1 author "Josiah L. Carlson"
HGET book:1 title
上述操作首先为 book:1 哈希表的 title 和 author 字段赋值，然后获取 title 字段的值。
2. HGETALL 操作
HGETALL book:1
执行该指令会返回 book:1 哈希表的所有字段和值。
（二）复杂操作示例
1. 使用 HDEL 和 HEXISTS 操作
HSET article:1001 title "New Article"
HSET article:1001 content "This is a new article."
HEXISTS article:1001 title
HDEL article:1001 title
HEXISTS article:1001 title
上述操作首先为 article:1001 哈希表的 title 和 content 字段赋值，然后检查 title 字段是否存在，接着删除 title 字段，最后再次检查 title 字段是否存在。
2. 使用 HLEN 操作
HSET user:1002 name "Alice"
HSET user:1002 age 25
HSET user:1002 email "alice@example.com"
HLEN user:1002
该操作会返回 user:1002 哈希表中字段的数量。
六、Golang 使用例子
（一）连接 Redis
首先，需要安装 go-redis 库：
go get github.com/go-redis/redis/v8
连接 Redis 的示例代码如下：
package main
import (
"context"
"fmt"
"github.com/go-redis/redis/v8"
)
var ctx = context.Background()
func main() {
rdb := redis.NewClient(&redis.Options{
Addr: "localhost:6379",
Password: "",
DB: 0,
})
pong, err := rdb.Ping(ctx).Result()
if err != nil {
panic(err)
}
fmt.Println(pong)
}
（二）HSET 和 HGET 操作
package main
import (
"context"
"fmt"
"github.com/go-redis/redis/v8"
)
var ctx = context.Background()
func main() {
rdb := redis.NewClient(&redis.Options{
Addr: "localhost:6379",
Password: "",
DB: 0,
})
err := rdb.HSet(ctx, "user:1003", "name", "Bob").Err()
if err != nil {
panic(err)
}
val, err := rdb.HGet(ctx, "user:1003", "name").Result()
if err != nil {
panic(err)
}
fmt.Println("User name:", val)
}
（三）HGETALL 操作
package main
import (
"context"
"fmt"
"github.com/go-redis/redis/v8"
)
var ctx = context.Background()
func main() {
rdb := redis.NewClient(&redis.Options{
Addr: "localhost:6379",
Password: "",
DB: 0,
})
err := rdb.HSet(ctx, "product:1002", "name", "iPad").Err()
if err != nil {
panic(err)
}
err = rdb.HSet(ctx, "product:1002", "price", 599).Err()
if err != nil {
panic(err)
}
result, err := rdb.HGetAll(ctx, "product:1002").Result()
if err != nil {
panic(err)
}
fmt.Println("Product info:", result)
}
（四）其他操作示例
package main
import (
"context"
"fmt"
"github.com/go-redis/redis/v8"
)
var ctx = context.Background()
func main() {
rdb := redis.NewClient(&redis.Options{
Addr: "localhost:6379",
Password: "",
DB: 0,
})
// HDEL 操作
_, err := rdb.HDel(ctx, "user:1003", "name").Result()
if err != nil {
panic(err)
}
// HEXISTS 操作
exists, err := rdb.HExists(ctx, "user:1003", "name").Result()
if err != nil {
panic(err)
}
fmt.Println("Field exists:", exists)
// HLEN 操作
length, err := rdb.HLen(ctx, "product:1002").Result()
if err != nil {
panic(err)
}
fmt.Println("Hash length:", length)
}
七、总结
Redis 的哈希类型通过哈希表和渐进式 rehash 等机制，提供了高效的存储和操作方式。它适用于多种实际应用场景，如存储对象信息、缓存关联数据和计数器分组等。通过掌握哈希类型的常用操作指令，并结合具体的编程语言（如 Go 语言）进行实践，可以充分发挥 Redis 哈希类型的优势，提高应用程序的性能和可维护性。在实际使用中，需要根据数据的特点和业务需求，合理选择哈希类型的编码方式，以达到最佳的性能和内存使用效率。
浙公网安备 33010602011771号