Redis 常用命令及其时间复杂度

使用高耗时的Redis命令是很危险的,会占用唯一的一个线程的大量处理时间,导致所有的请求都被拖慢。
(例如时间复杂度为O(N)的KEYS命令,严格禁止在生产环境中使用)

附:Redis 命令参考

以下O都是大写字母O,不是数字0

时间复杂度

O(1) < O(log n) < O(n) < O(n log n) < O(n²) < O(n³) < O(n!) < O($n^n$)

Key

Redis采用Key-Value型的基本数据结构,任何二进制序列都可以作为Redis的Key使用(例如普通的字符串或一张JPEG图片)

  • 关于Key的一些注意事项:
    • 不要使用过长的Key。例如使用一个1024字节的key就不是一个好主意,不仅会消耗更多的内存,还会导致查找的效率降低
    • Key短到缺失了可读性也是不好的,例如"u1000flw"比起"user:1000:followers"来说,节省了寥寥的存储空间,却引发了可读性和可维护性上的麻烦
    • 最好使用统一的规范来设计Key,比如"object-type:id:attr",以这一规范设计出的Key可能是"user:1000""comment:1234:reply-to"
    • Redis允许的最大Key长度是512MB(对Value的长度限制也是512MB)

String

String是Redis的基础数据类型,Redis没有Int、Float、Boolean等数据类型的概念,所有的基本类型在Redis中都以String体现。

  • 与String相关的常用命令:
    • SET:为一个key设置value,可以配合EX/PX参数指定key的有效期,通过NX/XX参数针对key是否存在的情况进行区别操作,时间复杂度O(1)
    • GET:获取某个key对应的value,时间复杂度O(1)
    • GETSET:为一个key设置value,并返回该key的原value,时间复杂度O(1)
    • MSET:为多个key设置value,时间复杂度O(N)
    • MSETNX:同MSET,如果指定的key中有任意一个已存在,则不进行任何操作,时间复杂度O(N)
    • MGET:获取多个key对应的value,时间复杂度O(N)

      上文提到过,Redis的基本数据类型只有String,但Redis可以把String作为整型或浮点型数字来使用,主要体现在INCR、DECR类的命令上:

    • INCR:将key对应的value值自增1,并返回自增后的值。只对可以转换为整型的String数据起作用。时间复杂度O(1)
    • INCRBY:将key对应的value值自增指定的整型数值,并返回自增后的值。只对可以转换为整型的String数据起作用。时间复杂度O(1)
    • DECR/DECRBY:同INCR/INCRBY,自增改为自减。

List

Redis的List是链表型的数据结构,可以使用LPUSH/RPUSH/LPOP/RPOP等命令在List的两端执行插入元素和弹出元素的操作。
虽然List也支持在特定index上插入和读取元素的功能,但其时间复杂度较高(O(N)),应小心使用。

  • 与List相关的常用命令:
    • LPUSH:向指定List的左侧(即头部)插入1个或多个元素,返回插入后的List长度。**时间复杂度O(N)**,N为插入元素的数量
    • RPUSH:同LPUSH,向指定List的右侧(即尾部)插入1或多个元素
    • LPOP:从指定List的左侧(即头部)移除一个元素并返回,时间复杂度O(1)
    • RPOP:同LPOP,从指定List的右侧(即尾部)移除1个元素并返回
    • LPUSHX/RPUSHX:与LPUSH/RPUSH类似,区别在于,LPUSHX/RPUSHX操作的key如果不存在,则不会进行任何操作
    • LLEN:返回指定List的长度,时间复杂度O(1)
    • LRANGE:返回指定List中指定范围的元素(双端包含,即LRANGE key 0 10会返回11个元素),**时间复杂度O(N)**。
      应尽可能控制一次获取的元素数量,一次获取过大范围的List元素会导致延迟,同时对长度不可预知的List,避免使用LRANGE key 0 -1这样的完整遍历操作。

      应谨慎使用的List相关命令:

    • LINDEX:返回指定List指定index上的元素,如果index越界,返回nil。index数值是回环的,即-1代表List最后一个位置,-2代表List倒数第二个位置。时间复杂度O(N)
    • LSET:将指定List指定index上的元素设置为value,如果index越界则返回错误,时间复杂度O(N),如果操作的是头/尾部的元素,则时间复杂度为O(1)
    • LINSERT:向指定List中指定元素之前/之后插入一个新元素,并返回操作后的List长度。如果指定的元素不存在,返回-1。如果指定key不存在,不会进行任何操作,时间复杂度O(N)

      由于Redis的List是链表结构的,上述的三个命令的算法效率较低,需要对List进行遍历,命令的耗时无法预估,在List长度大的情况下耗时会明显增加,应谨慎使用。

Hash

Hash即哈希表,Redis的Hash和传统的哈希表一样,是一种field-value型的数据结构,可以理解成将HashMap搬入Redis。
Hash非常适合用于表现对象类型的数据,用Hash中的field对应对象的field即可。

  • 与Hash相关的常用命令:
    • HSET:将key对应的Hash中的field设置为value。如果该Hash不存在,会自动创建一个。时间复杂度O(1)
    • HGET:返回指定Hash中field字段的值,时间复杂度O(1)
    • HMSET/HMGET:同HSET和HGET,可以批量操作同一个key下的多个field,**时间复杂度:O(N)**,N为一次操作的field数量
    • HSETNX:同HSET,但如field已经存在,HSETNX不会进行任何操作,时间复杂度O(1)
    • HEXISTS:判断指定Hash中field是否存在,存在返回1,不存在返回0,时间复杂度O(1)
    • HDEL:删除指定Hash中的field(1个或多个),**时间复杂度:O(N)**,N为操作的field数量
    • HINCRBY:同INCRBY命令,对指定Hash中的一个field进行INCRBY,时间复杂度O(1)

      应谨慎使用的Hash相关命令:

    • HGETALL:返回指定Hash中所有的field-value对。返回结果为数组,数组中field和value交替出现。时间复杂度O(N)
    • HKEYS/HVALS:返回指定Hash中所有的field/value,时间复杂度O(N)

      上述三个命令都会对Hash进行完整遍历,Hash中的field数量与命令的耗时线性相关,对于尺寸不可预知的Hash,
      应严格避免使用上面三个命令,而改为使用HSCAN命令进行游标式的遍历, 具体请见: https://redis.io/commands/scan

Set

Redis Set是无序的,不可重复的String集合。

  • 与Set相关的常用命令:
    • SADD:向指定Set中添加1个或多个member,如果指定Set不存在,会自动创建一个。**时间复杂度O(N)**,N为添加的member个数
    • SREM:从指定Set中移除1个或多个member,**时间复杂度O(N)**,N为移除的member个数
    • SRANDMEMBER:从指定Set中随机返回1个或多个member,**时间复杂度O(N)**,N为返回的member个数
    • SPOP:从指定Set中随机移除并返回count个member,**时间复杂度O(N)**,N为移除的member个数
    • SCARD:返回指定Set中的member个数,时间复杂度O(1)
    • SISMEMBER:判断指定的value是否存在于指定Set中,时间复杂度O(1)
    • SMOVE:将指定member从一个Set移至另一个Set

      慎用的Set相关命令:

    • SMEMBERS:返回指定Hash中所有的member,时间复杂度O(N)
    • SUNION/SUNIONSTORE:计算多个Set的并集并返回/存储至另一个Set中,**时间复杂度O(N)**,N为参与计算的所有集合的总member数
    • SINTER/SINTERSTORE:计算多个Set的交集并返回/存储至另一个Set中,**时间复杂度O(N)**,N为参与计算的所有集合的总member数
    • SDIFF/SDIFFSTORE:计算1个Set与1或多个Set的差集并返回/存储至另一个Set中,**时间复杂度O(N)**,N为参与计算的所有集合的总member数

      上述几个命令涉及的计算量大,应谨慎使用,特别是在参与计算的Set尺寸不可知的情况下,应严格避免使用。
      可以考虑通过SSCAN命令遍历获取相关Set的全部member(具体请见 https://redis.io/commands/scan

Sorted Set

Redis Sorted Set是有序的、不可重复的String集合。Sorted Set中的每个元素都需要指派一个分数(score),Sorted Set会根据score对元素进行升序排序。
如果多个member拥有相同的score,则以字典序进行升序排序。
Sorted Set非常适合用于实现排名。

  • Sorted Set的主要命令:
    • ZADD:向指定Sorted Set中添加1个或多个member,**时间复杂度O(Mlog(N))**,M为添加的member数量,N为Sorted Set中的member数量
    • ZREM:从指定Sorted Set中删除1个或多个member,**时间复杂度O(Mlog(N))**,M为删除的member数量,N为Sorted Set中的member数量
    • ZCOUNT:返回指定Sorted Set中指定score范围内的member数量,时间复杂度:O(log(N))
    • ZCARD:返回指定Sorted Set中的member数量,时间复杂度O(1)
    • ZSCORE:返回指定Sorted Set中指定member的score,时间复杂度O(1)
    • ZRANK/ZREVRANK:返回指定member在Sorted Set中的排名,ZRANK返回按升序排序的排名,ZREVRANK则返回按降序排序的排名。时间复杂度O(log(N))
    • ZINCRBY:同INCRBY,对指定Sorted Set中的指定member的score进行自增,时间复杂度O(log(N))

      慎用的Sorted Set相关命令:

    • ZRANGE/ZREVRANGE:返回指定Sorted Set中指定排名范围内的所有member,ZRANGE为按score升序排序,ZREVRANGE为按score降序排序,**时间复杂度O(log(N)+M)**,M为本次返回的member数
    • ZRANGEBYSCORE/ZREVRANGEBYSCORE:返回指定Sorted Set中指定score范围内的所有member,返回结果以升序/降序排序,min和max可以指定为-inf和+inf,代表返回所有的member。时间复杂度O(log(N)+M)
    • ZREMRANGEBYRANK/ZREMRANGEBYSCORE:移除Sorted Set中指定排名范围/指定score范围内的所有member。时间复杂度O(log(N)+M)

      上述几个命令,应尽量避免传递[0 -1]或[-inf +inf]这样的参数,来对Sorted Set做一次性的完整遍历,特别是在Sorted Set的尺寸不可预知的情况下。
      可以通过ZSCAN命令来进行游标式的遍历(具体请见 https://redis.io/commands/scan )

其他常用命令

  • EXISTS:判断指定的key是否存在,返回1代表存在,0代表不存在,时间复杂度O(1)
  • DEL:删除指定的key及其对应的value,**时间复杂度O(N)**,N为删除的key数量
  • EXPIRE/PEXPIRE:为一个key设置有效期,单位为秒或毫秒,时间复杂度O(1)
  • TTL/PTTL:返回一个key剩余的有效时间,单位为秒或毫秒,时间复杂度O(1)
  • RENAME/RENAMENX:将key重命名为newkey。使用RENAME时,如果newkey已经存在,其值会被覆盖;使用RENAMENX时,如果newkey已经存在,则不会进行任何操作,时间复杂度O(1)
  • TYPE:返回指定key的类型,string, list, set, zset, hash。时间复杂度O(1)
  • CONFIG GET:获得Redis某配置项的当前值,可以使用通配符,*时间复杂度O(1)
  • CONFIG SET:为Redis某个配置项设置新值,时间复杂度O(1)
  • CONFIG REWRITE:让Redis重新加载redis.conf中的配置

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