Redis：不只是缓存那么简单（五）

专栏：Redis 修行录

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[一、List 类型](#一、List 类型)

[1.1. 概述与特点](#1.1. 概述与特点)

[1.2. 常见操作命令](#1.2. 常见操作命令)

[1. LPUSH 和 RPUSH](#1. LPUSH 和 RPUSH)

[2. LPUSHX 和 RPUSHX](#2. LPUSHX 和 RPUSHX)

[3. LPOP 和 RPOP](#3. LPOP 和 RPOP)

[4. LRANGE](#4. LRANGE)

[5. LINDEX、LINSERT 和 LLEN](#5. LINDEX、LINSERT 和 LLEN)

[6. LREM 和 LTRIM](#6. LREM 和 LTRIM)

[7. LSET](#7. LSET)

[1.3. 阻塞版本命令](#1.3. 阻塞版本命令)

[1.4. 内部编码机制](#1.4. 内部编码机制)

[1.5. 典型应用场景](#1.5. 典型应用场景)

一、List 类型

1.1. 概述与特点

List 类型用于存储多个有序的字符串，列表中的每个字符串称为元素（element），一个列表最多可以存储 2^32 - 1 个元素。在 Redis 中，可以对列表的两端进行插入（push）和弹出（pop）操作，使其非常灵活，可以充当栈或队列的角色。

列表类型具有以下三个核心特点：

有序性：列表中的元素是有序的，这意味着可以通过索引下标（正数或负数）获取某个元素或某个范围的元素列表。
操作区分：获取和删除是不同的操作。例如，使用 lrem 会删除元素并改变列表长度；而使用 lindex 只是获取元素，列表长度不会变化。
允许重复：列表中的元素是允许重复存在的。

1.2. 常见操作命令

1. LPUSH 和 RPUSH

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LPUSH key element [element ...]

LPUSH 命令主要用于将一个或多个指定的元素从列表（List）的左侧（即头部）插入。该命令的基本语法为 LPUSH key element [element ...]，在执行时，如果指定的键（key）不存在，Redis 会在执行插入操作前自动创建一个新的空列表。从执行效率来看，插入单一元素的时间复杂度为 O(1)，若在一条命令中传入多个欲插入的元素，其整体时间复杂度则为 O(N)，这里的 N 代表插入元素的总数。命令执行完毕后，系统会返回一个整数，代表插入操作完成后列表的最新长度。

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RPUSH key element [element ...]

RPUSH 命令与 LPUSH 相对应，主要用于将一个或多个指定的元素从列表的右侧（即尾部）追加插入。它的基本语法是 RPUSH key element [element ...]，同样地，如果目标键不存在，Redis 会预先创建一个空列表再进行元素的推入。其时间复杂度与 LPUSH 完全一致，每追加一个元素耗时 O(1)，同时追加 N 个元素的时间复杂度则为 O(N)。在命令成功执行后，它也会返回对应列表在追加新元素后的总长度。

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LPUSH list1 1 2 3 4
RPUSH list1 6 5 4 3

2. LPUSHX 和 RPUSHX

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LPUSHX key element [element ...]

LPUSHX 命令主要用于在指定的键（key）已经存在并且是一个列表（List）的情况下，将一个或多个指定的元素从列表的左侧（即头部）插入。与 LPUSH 命令不同的是，如果目标键在此之前并不存在，LPUSHX 不会预先创建空列表，而是不执行任何操作并直接返回。在执行效率方面，插入单一元素的时间复杂度为 O(1)，如果一次性传入多个元素进行插入，其整体时间复杂度则为 O(N)，N 代表插入元素的总数。命令执行完毕后，会返回一个整数，表示插入操作完成后列表的最新长度。

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RPUSHX key element [element ...]

RPUSHX 命令则与 LPUSHX 的行为相对应，主要用于在指定的键已经存在且持有列表时，将一个或多个元素从列表的右侧（即尾部）追加插入。如果给定的键不存在，Redis 同样不会执行任何追加操作。该命令的时间复杂度与 LPUSHX 完全一致，即每追加一个元素耗时 O(1)，同时追加 N 个元素耗时 O(N)。命令成功执行后，它也会返回对应的列表在追加新元素后的最新总长度。

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LPUSHX list1 10 20
RPUSHX list1 30 40
LPUSHX list2 1 2 3

3. LPOP 和 RPOP

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LPOP key [count]

LPOP 命令主要用于从列表（List）的左侧（即头部）取出一个或多个元素并将其删除。在执行时，如果不指定可选的 count 参数，默认只会从列表头部弹出一个元素；如果提供了 count 参数，则会返回多达指定数量的元素。其执行的时间复杂度为 O(N)，其中 N 代表实际返回的元素数量；如果只弹出一个元素，运行极其高效，时间复杂度为 O(1)。命令执行完毕后，它会返回被取出的元素；如果指定的键不存在或列表已为空，则会返回 nil。同时，如果列表中的最后一个元素被成功弹出，Redis 会自动将这个空列表也一并删除。

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RPOP key [count]

RPOP 命令则与 LPOP 的行为相对应，主要用于从列表的右侧（即尾部）取出一个或多个元素并将其删除。该命令同样支持通过可选的 count 参数来控制一次性从尾部弹出的元素上限。该命令的时间复杂度也与 LPOP 完全一致，即弹出 N 个元素的时间复杂度为 O(N)，仅弹出单一元素时为 O(1)。命令成功执行后，它会返回被移除的元素内容；若列表为空或目标键不存在，则会返回 nil。同样地，当列表内的所有元素都被 RPOP 弹出完毕后，系统会自动删除该空列表。

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LPOP list1
LPOP list1 2
RPOP list1
RPOP list1 3

4. LRANGE

LRANGE 命令主要用于获取 Redis 列表（List）中指定偏移量（索引）范围内的所有元素。该命令的基本语法为 LRANGE key start stop，其中 start 和 stop 均为基于零的整数索引，0 代表列表的第一个元素（即头部），1 代表第二个元素，依此类推。该命令同样支持负数索引，例如 -1 表示列表的最后一个元素（即尾部），-2 表示倒数第二个元素。需要特别注意的是，LRANGE 所提取的区间是左闭右闭的（inclusive），这意味着执行 LRANGE key 0 10 实际会返回 11 个元素。在处理超出范围的索引参数时，Redis 并不会抛出错误：如果传入的 start 值大于列表的实际末尾，命令会直接返回一个空列表；如果传入的 stop 值超出了列表的实际长度，Redis 会自动将其截断，按照列表的最后一个元素来处理。在执行效率方面，该命令的时间复杂度为 O(S+N)，其中 S 是从列表头部或尾部（取较近的一端）到达 start 偏移量的距离，N 则是指定范围内包含的元素个数。

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LPUSH list1 1 2 3
RPUSH list1 6 5 4

LRANGE list1 1 4
LRANGE list1 0 -3

LRANGE list1 3 0
LRANGE list1 6 8
LRANGE list1 2 8

5. LINDEX、LINSERT 和 LLEN

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LINDEX key index

LINDEX 命令主要用于获取 Redis 列表（List）中指定索引位置的元素。在执行效率方面，时间复杂度为 O(N)，其中 N 是到达指定索引所需遍历的元素数量，不过如果只是请求列表的第一个或最后一个元素，时间复杂度为 O(1)。如果给定的索引超出了列表的实际长度范围，该命令会返回 nil。

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LINDEX list1 0
LINDEX list1 3
LINDEX list1 7
LINDEX list1 -2
LINDEX list1 -1

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LINSERT key <BEFORE | AFTER> pivot element

LINSERT 命令主要用于在列表中特定的参考元素（pivot）之前或之后插入一个新元素。该命令的时间复杂度同样为 O(N)，其中 N 代表在找到参考元素前需要遍历的元素数量；这意味着在列表头部附近插入效率接近 O(1)，而在尾部附近插入耗时 O(N)。在执行时，如果目标键不存在，Redis 会将其视为空列表且不执行任何插入操作（返回 0）；如果未能找到指定的参考元素，则返回 -1；如果成功插入，则返回插入后列表的新长度。

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LINSERT list1 BEFORE 5 7
LINSERT list1 AFTER 5 6
LINSERT list2 BEFORE 1 10
LINSERT list1 AFTER 100 200

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LLEN key

LLEN 命令主要用于获取指定列表当前的长度（即列表中包含的元素总数）。它的基本语法为 LLEN key。该命令的执行时间复杂度为 O(1)，运行十分高效。在命令执行完毕后，如果指定的键存在，会返回列表的实际长度；如果指定的键不存在，Redis 会将其视为一个空列表并返回整数 0；但如果该键持有的值不是列表类型，则会报错。

6. LREM 和 LTRIM

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LREM key count element

LREM 命令主要用于从列表（List）中删除指定数量的、与给定值匹配的元素。该命令的基本语法为 LREM key count element。参数 count 决定了删除的具体行为：如果 count > 0，系统会从列表头部（左侧）向尾部方向，移除数量为 count 的匹配元素；如果 count < 0，则从列表尾部（右侧）向头部方向移除绝对值数量的匹配元素；如果 count = 0，则会删除列表中所有与指定 element 相等的元素。在执行效率方面，其时间复杂度为 O(N+M)，其中 N 是列表的总长度，M 是被成功移除的元素数量。命令执行完毕后，它会返回实际被移除的元素总数。需要注意的是，如果目标键不存在，Redis 会将其视为空列表处理并直接返回 0；同时，如果操作导致列表内的所有元素都被删除，Redis 会自动将这个空列表也一并移除。

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LREM list1 4 5
LREM list1 -2 6
LREM list2 1 3
LREM list1 0 7

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LTRIM key start stop

LTRIM 命令主要用于修剪（Trim）一个已存在的列表，使其仅保留指定索引范围内的元素，而位于该范围两端的所有元素都将被删除。其基本语法为 LTRIM key start stop，其中 start 和 stop 均为基于零的整数索引，且同样支持使用负数来表示从尾部起算的偏移量。在处理越界参数时，该命令表现得十分宽容且不会抛出错误：如果 start 大于列表的实际末部，或者 start 大于 stop，执行结果将是一个空列表（进而导致该键被自动删除）；如果 stop 超出了列表的实际长度，Redis 会将其自动截断并视为列表的最后一个元素。该命令的执行时间复杂度为 O(N)，这里的 N 代表被该操作移除的元素数量。在实际应用中，LTRIM 经常与 LPUSH 或 RPUSH 命令结合使用，以控制列表不会超过指定的固定长度（例如用于存储固定条数的日志），在这种特定场景下，由于每次基本只需移除一个元素，其操作效率实际上可视为 O(1)。命令执行成功后，它会返回一个简单的字符串回复 OK。

7. LSET

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LSET key index element

LSET 命令主要用于根据索引修改 Redis 列表（List）中特定位置元素的值。在执行效率方面，其时间复杂度为 O(N)，其中 N 代表列表的总长度；但如果只是修改列表的第一个元素（头部）或最后一个元素（尾部），操作会非常高效，时间复杂度仅为 O(1)。需要特别注意的是，如果传入的索引超出了列表的实际范围，该命令会返回一个错误（error）。命令成功执行完毕后，系统会返回一个简单的字符串回复 OK。

1.3. 阻塞版本命令

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BLPOP key [key ...] timeout
BRPOP key [key ...] timeout

在 Redis 中，BLPOP 和 BRPOP 分别是列表类型命令 LPOP 和 RPOP 的阻塞版本，它们在列表内部有元素时的表现与对应的非阻塞版本是完全一致的。这两类命令的主要区别体现在列表为空的情境下：非阻塞版本会立刻返回 nil，而阻塞版本则会根据指定的 timeout 参数使客户端阻塞等待一段时间。在这段阻塞期间，Redis 服务端依然能够正常处理其他的命令，但发起该请求的客户端会表现为阻塞状态。

同时，BLPOP 和 BRPOP 命令在语法上支持设置多个键，执行时系统会从左向右依次遍历这些被监听的键，只要其中任何一个键对应的列表中可以弹出元素，命令就会立刻结束并返回结果。

此外，如果出现多个客户端同时对同一个键执行阻塞弹出的操作，那么当新元素被加入列表时，最先执行阻塞命令的客户端将会优先得到该弹出的元素。最后，这两个命令的时间复杂度均为 O(1)，当操作成功时会返回取出的元素，若达到超时时间仍无元素可弹则会返回 nil。

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RPUSH list2 a b c
BLPOP list1 list2 10
BLPOP list3 10

1.4. 内部编码机制

列表类型在 Redis 底层有两种内部编码实现：

ziplist (压缩列表)：当列表的元素个数小于 list-max-ziplist-entries 配置（默认 512 个），并且每个元素的长度都小于 list-max-ziplist-value 配置（默认 64 字节）时，Redis 会选用 ziplist 作为内部实现以减少内存消耗。
linkedlist (链表)：当列表类型无法满足 ziplist 的条件时（例如元素个数过多或存在大元素），Redis 会将内部实现转换为 linkedlist。

1.5. 典型应用场景

消息队列：可以使用 lpush 结合 brpop 命令组合实现经典的阻塞式生产者-消费者模型队列。多个消费者客户端可以阻塞式地从队列中争抢队首元素，从而保证消费的负载均衡和高可用性。
分频道消息队列：通过对不同的键使用 lpush 和 brpop 命令，可以模拟频道的概念，实现订阅不同频道的功能。
时间轴 / 文章列表 (Timeline)：例如微博的时间线，可以使用列表存储文章记录，并使用 lrange 命令进行索引范围获取来实现分页展示功能。针对大列表的分页，文档也提醒在获取中间元素时性能较差，可以考虑将列表做拆分。