Redis实现负索引的创新应用（redis负索引）

Redis实现负索引的创新应用

Redis是一种高性能的键值对存储系统，既支持字符串、列表、哈希、集合、有序集合等多种数据结构。该系统自带的数据结构是基于正整数的索引类型，而对负整数的处理有所欠缺。不过，Redis通过创新性地实现了负索引，实现了在负整数值和正整数值之间进行相互转换的功能。本文将介绍Redis实现负索引的创新应用，以及代码实现。

一般情况下，正索引是Redis提供的数据结构中最基本的一种类型。在使用Redis过程中，如获取字符串的某个字符、列表中的某个元素等，我们常常需要用到正整数类型的索引。例如：

$redis->set('str', 'abcdefg');
$redis->getrange('str', 1, 3); //返回bcd

此处，getrange()方法需要使用Redis字符串结构中从1到3的索引范围来获取子串。

然而，负索引对于某些应用场景却是非常有用的。对于字符串，我们可以用负索引来获取其最后几个字符。比如，

$redis->getrange('str', -3, -1); //返回efg

至此，我们已经成功地用负索引提取出了字符串结构中的最后三个字符。可以看出，负索引的使用是非常灵活和方便的，为应用程序提供了更大的便捷性。

此外，在处理列表数据类型时，应用负索引也同样是非常有用的。常常我们需要在列表中获取最后一个元素，此时我们可以借助于Redis的负索引来实现：

$redis->rpush('mylist', 'Hello', 'World', 'Asia', 'Europe', 'Africa');
$redis->lindex('mylist', -1); //返回Africa

上面的代码利用了右侧推入的方式，向列表中添加了元素。而lindex()方法则根据负索引从右往左获取了列表中的最后一个元素。

其实，负索引并不是Redis针对新场景所创新的，类似的例子在Python和其他脚本语言中也有应用。但是，Redis利用负索引来扩展数据结构中索引的应用范围，还是一个非常值得探究的创新点。

底层实现

Redis如何实现负索引呢？通过分析源代码可以发现，Redis之所以能够创新性地实现负索引，其根本原因在于底层实现特殊编码。

在字符串结构中，如下图所示，Redis为了节约空间，一个字符仅占用一个字节。此外，Redis在处理字符串结构索引时，采取了较为简单的下标方式。可以发现，Redis通过从数据结构的尾部开始，将负整数值加上所对应的最大正整数值，得到最终的正索引值。负整数值和正整数值之间的对应关系定义如下：

正整数值 = （当前最大正整数+1）+负整数值

结合上述的负索引实现方式，可以举个例子：

$max = 4; //假设当前正整数最大值为4
$index = -2; //请求负索引-2

//计算得到实际的正索引值为3
$real_index = $max + 1 + $index; //等价于5 + (-2) = 3
//从缓存中获取键值对，并提取子串
$str = $redis->get('key');
$substr = substr($str, $real_index, 3);

如上述代码所示，我们可以根据实际应用的场景，将负整数值转化为对应的正整数值进行使用。

结语

Redis利用自身特有的键值存储的优势，通过创新地实现负索引，为应用程序提供了更多的便利性。在常规的应用场景中，负索引功不可没。在适量应用负索引的同时，我们也需要注意负索引的使用方法，避免潜在的安全隐患。