Redis:List 类型 内部实现、编码、命令及应用场景

Redis 中的 List(列表)类型是一种有序的数据结构,它可以存储多个字符串元素,并且这些元素按照插入顺序排列。可以将它理解为一个双向链表,支持在链表的两端进行快速的插入和删除操作。它允许元素重复,并且可以在列表的头部(左侧)或尾部(右侧)进行元素的添加和移除。

内部实现

压缩列表(ziplist)

  • 结构:是一种紧凑的连续内存块数据结构。它将列表元素依次存储,每个节点包含前一节点长度、当前节点长度和节点值等信息。
  • 优点:内存利用率高,没有额外指针开销,适合存储少量小元素列表,能有效节省内存。
  • 缺点:插入和删除元素时,可能需要移动大量数据,时间复杂度为 O (n);查找元素也需遍历,效率低。

双向链表

  • 结构:由多个节点组成,每个节点包含数据、指向前一个节点的指针和指向后一个节点的指针。
  • 优点:在链表两端进行插入和删除操作非常高效,时间复杂度为 O (1),适合频繁插入和删除的场景。
  • 缺点:每个节点需要额外的指针来维护链表结构,内存开销大;且节点在内存中不连续存储,可能导致内存碎片化。

在Redis3.2版本之后,List数据类型底层数据结构就只由quicklist实现了,替代了双向链表和压缩列表。

快速列表(quicklist)

  • 结构:结合了压缩列表和双向链表的优势。它是一个由多个压缩列表作为节点组成的双向链表。
  • 优点:既保持了在链表两端快速插入和删除的特性,又通过压缩列表存储元素节省了内存,减少了内存碎片化问题。
  • 缺点:结构相对复杂,在某些复杂操作时可能存在一定额外开销。

常用命令

添加

LPUSH

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lpush key element [element ...]
  • 头插元素到list中,如果key不存在就创建,返回插入操作后列表的新长度。

LPUSHX

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lpushx key element [element ...]
  • 当列表键已经存在时头插元素到list中。

RPUSH

复制代码
rpush key element [element ...]
  • 尾插元素到list中,如果key不存在就创建,返回插入操作后列表的新长度。

RPUSHX

复制代码
rpushx key element [element ...]

LINSERT

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linsert key before|after pivot element
  • 在列表里指定元素的前面或后面插入新元素。若操作成功,返回插入新元素后列表的长度;若指定的 key 不存在,返回 0;若 pivot 元素未在列表中找到,返回 -1。
  • 参数
    • BEFORE 或者 AFTER:表明插入位置是在指定元素的前面还是后面。

    • pivot:为列表中作为参考的元素。

    • element:是要插入到列表中的新元素。

查找

LRANGE

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lrange key start stop	
  • 获取[start, end]的闭区间范围的list元素,支持负数下标。

LINDEX

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lindex key index
  • 获取指定下标的元素,并返回,支持负数下标。

LLEN

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llen key
  • 获取list的长度,并返回,如果不存在则返回0。

删除

LPOP

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lpop key [count]
  • 头删list元素,返回删除的元素,若列表为空则返回 nil

RPOP

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rpop key [count]
  • 尾删list元素,返回删除的元素,若列表为空则返回 nil

LREM

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lrem key count element
  • 删除countelement元素。

  • count > 0 时,从左往右,移除 count 个与 value 相等的元素。

  • count < 0 时,从右往左,移除 |count| 个与 value 相等的元素。

  • count = 0 时,移除列表中所有与 value 相等的元素。

LTRIM

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ltrim key start stop
  • 只保留[start, stop]闭区间内部的元素,其余的元素全部删除。

修改

LSET

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lset key index element
  • 将指定位置的元素替换为新值。若 key 不存在或者索引超出列表范围,会返回错误。

阻塞命令

在 Redis 中,阻塞命令是指那些会使客户端在一定条件下暂停执行,等待特定事件发生后才继续执行的命令。

特点

  • 暂停执行:当客户端发送阻塞命令后,如果当前条件不满足立即执行的要求,客户端就会被阻塞,线程会被挂起,不再继续执行后续的命令,直到满足特定条件。
  • 等待事件触发 :阻塞命令会一直等待某个特定事件的发生,例如有新元素加入列表(如BLPOPBRPOP等待列表中有元素可弹出)、达到指定的超时时间等。一旦这些事件发生,阻塞状态就会被解除,客户端继续执行后续操作。
  • 原子性:阻塞命令通常是原子操作,即要么整个命令执行成功,要么由于阻塞条件不满足而不执行任何操作,不会出现部分执行的情况,保证了数据的一致性和完整性。

作用

  • 实现消息队列和任务队列:在构建消息队列或任务队列时,生产者将任务或消息放入列表,消费者使用阻塞命令从列表中获取任务。消费者在没有任务时会阻塞等待,避免了轮询带来的资源浪费,当有新任务加入时,消费者能及时被唤醒并处理任务。
  • 协调分布式系统中的操作:在分布式系统中,多个节点可能需要协调操作。阻塞命令可以用于实现节点之间的同步,例如一个节点等待另一个节点完成某个操作后再继续执行,通过阻塞等待可以确保操作的顺序和一致性。

BLPOP

复制代码
blpop key [key ...] timeout
  • 读取并删除list头部元素,如果没有元素则陷入阻塞。

BRPOP

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brpop key [key ...] timeout
  • 读取并删除list头部元素,如果没有元素则陷入阻塞。

应用场景

消息队列 :List 类型非常适合实现消息队列。生产者可以使用 RPUSH 命令将消息添加到列表的尾部,消费者使用 LPOP 命令从列表的头部获取消息,实现先进先出(FIFO)的消息处理机制。

最新消息列表 :可以使用 LPUSH 命令将最新的消息添加到列表的头部,然后使用 LRANGE 命令获取最新的几条消息。例如,在社交应用中,可以使用 List 存储用户的最新动态。

合实现消息队列。生产者可以使用 RPUSH 命令将消息添加到列表的尾部,消费者使用 LPOP 命令从列表的头部获取消息,实现先进先出(FIFO)的消息处理机制。

最新消息列表 :可以使用 LPUSH 命令将最新的消息添加到列表的头部,然后使用 LRANGE 命令获取最新的几条消息。例如,在社交应用中,可以使用 List 存储用户的最新动态。

任务队列:可以使用 List 作为任务队列。任务生产者将任务添加到列表中,任务消费者从列表中获取任务并执行。

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