Redis(四)Redis中的List

📝 List类型定义

List 列表是简单的字符串列表，按照插入顺序排序，可以从头部或尾部向 List 列表添加元素。

列表的最大长度为 $2^{32} - 1$，也即每个列表支持超过 40 亿个元素。

List 的特点与 LinkedList 一致：

有序：元素按插入顺序排列
元素可以重复
插入和删除速度快
查询速度一般

📋 常见命令

🔍 获取元素

LINDEX KEY_NAME INDEX_POSITION：通过索引获取列表中的元素。你也可以使用负数下标，以 -1 表示列表的最后一个元素，-2 表示列表的倒数第二个元素

➕ 插入元素

LPUSH KEY_NAME VALUE1.. VALUEN：将一个或多个值插入到列表头部。如果 key 不存在，一个空列表会被创建并执行 LPUSH 操作。当 key 存在但不是列表类型时，返回一个错误
LPUSHX KEY_NAME VALUE1.. VALUEN：将一个值插入到已存在的列表头部，列表不存在时操作无效
LINSERT key BEFORE|AFTER pivot value：将值 value 插入到列表 key 当中，位于值 pivot 之前或之后
RPUSH KEY_NAME VALUE1..VALUEN：将一个或多个值插入到列表的尾部（最右边）
RPUSHX KEY_NAME VALUE1..VALUEN：将一个值插入到已存在的列表尾部（最右边）。如果列表不存在，操作无效
BRPOPLPUSH LIST1 ANOTHER_LIST TIMEOUT：Redis Brpoplpush 命令从列表中取出最后一个元素，并插入到另外一个列表的头部。如果列表没有元素会阻塞列表直到等待超时或发现可弹出元素为止

➖ 删除元素

BLPOP LIST1 LIST2 .. LISTN TIMEOUT：移出并获取列表的第一个元素。如果列表没有元素会阻塞列表直到等待超时或发现可弹出元素为止。如果列表为空，返回一个 nil；否则，返回一个含有两个元素的列表，第一个元素是被弹出元素所属的 key，第二个元素是被弹出元素的值
BRPOP LIST1 LIST2 .. LISTN TIMEOUT：移出并获取列表的最后一个元素。如果列表没有元素会阻塞列表直到等待超时或发现可弹出元素为止。假如在指定时间内没有任何元素被弹出，则返回一个 nil 和等待时长；反之，返回一个含有两个元素的列表，第一个元素是被弹出元素所属的 key，第二个元素是被弹出元素的值
LPOP KEY_NAME：移除并返回列表的第一个元素
RPOP KEY_NAME：移除并返回列表的最后一个元素

🧱 底层实现原理

List 类型的底层数据结构是由 双向链表或压缩列表 实现的：

如果列表的元素个数小于 512 个（默认值，可由 list-max-ziplist-entries 配置），列表每个元素的值都小于 64 字节（默认值，可由 list-max-ziplist-value 配置），Redis 会使用 压缩列表（ziplist） 作为 List 类型的底层数据结构
如果列表的元素不满足上面的条件，Redis 会使用 双向链表 作为 List 类型的底层数据结构

在 Redis 3.2 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。

提示

Ziplist（压缩列表）：压缩列表是 由连续内存块组成的顺序型数据结构，有点类似于数组。

它的结构分为表头和节点两部分。表头有三个字段：zlbytes记录整个压缩列表的内存字节数，zltail记录尾节点的偏移量，zllen记录节点数量。末尾还有个zlend标记结束，固定值0xFF。因为有zltail，定位首尾元素的复杂度是 $O(1)$ ，但查找中间元素只能逐个遍历，复杂度是O(N)，所以压缩列表不适合保存太多元素。

每个节点包含三部分：prevlen记录前一个节点的长度，用来支持从后向前遍历；encoding记录当前数据的类型和长度；data是实际数据。prevlen和encoding会根据数据大小采用不同的空间分配，这就是Redis节省内存的设计思想。

优点：简单、紧凑、连续存储，适用于小数据量场景
缺点：压缩列表新增某个元素或修改某个元素时，如果空间不够，压缩列表占用的内存空间就需要重新分配。而当新插入的元素较大时，可能会导致后续元素的占用空间都发生变化，从而引起连锁更新问题，导致每个元素的空间都要重新分配，造成访问压缩列表性能的下降

Quicklist：

通过将链表和 Ziplist 结合，既实现了链表的灵活操作，又能节省内存
Quicklist 是为了替代纯链表而设计的，适用于需要频繁对列表进行插入、删除、查找等操作的场景，并且数据量可能较大。它在存储多个元素时，既保留了链表的灵活性，又具备压缩列表的内存优势
Quicklist 由 list 和 ziplist 结合而成，它是一个由 ziplist 充当节点的双向链表

🎯 应用场景

💡 简单消息队列

消息保序性：使用 LPUSH + RPOP

生产者使用 LPUSH key value[value...] 将消息插入到队列的头部，如果 key 不存在则会创建一个空的队列再插入消息
消费者使用 RPOP key 依次读取队列的消息，先进先出
消息重复性：自行为每个消息生成一个全局唯一 ID
消息可靠性：让消费者程序从一个 List 中读取消息，同时，Redis 会把这个消息再插入到另一个 List（可以叫作备份 List）留存