深入剖析Redis系列(七) - Redis資料結構之列表
列表（ list ）型別是用來儲存多個 有序 的 字串 。在 Redis 中，可以對列表的 兩端 進行 插入 （ push ）和 彈出 （ pop ）操作，還可以獲取 指定範圍 的 元素列表 、獲取 指定索引下標 的 元素 等。
列表是一種比較 靈活 的 資料結構 ，它可以充當 棧 和 佇列 的角色，在實際開發上有很多應用場景。
如圖所示， a 、 b 、 c 、 d 、 e 五個元素 從左到右 組成了一個 有序的列表 ，列表中的每個字串稱為 元素 （ element ），一個列表最多可以儲存 2 ^ 32 - 1 個元素。
- 列表的 插入 和 彈出 操作
- 列表的 獲取 、 擷取 和 刪除 操作
正文
1. 相關命令
下面將按照對 列表 的 5 種 操作型別 對命令進行介紹：
1.1. 新增命令
1.1.1. 從右邊插入元素
rpush key value [value ...]
下面程式碼 從右向左 插入元素 c 、 b 、 a ：
127.0.0.1:6379> rpush listkey c b a (integer) 3 複製程式碼
lrange 0 -1 命令可以 從左到右 獲取列表的 所有元素 ：
127.0.0.1:6379> lrange listkey 0 -1 1) "c" 2) "b" 3) "a" 複製程式碼
1.1.2. 從左邊插入元素
lpush key value [value ...]
使用方法和 rpush 相同，只不過從 左側插入 ，這裡不再贅述。
1.1.3. 向某個元素前或者後插入元素
linsert key before|after pivot value
linsert 命令會從 列表 中找到 第一個 等於 pivot 的元素，在其 前 （ before ）或者 後 （ after ）插入一個新的元素 value ，例如下面操作會在列表的 元素 b 前插入 redis ：
127.0.0.1:6379> linsert listkey before b redis (integer) 4 複製程式碼
返回結果為 4 ，代表當前 列表 的 長度 ，當前列表變為：
127.0.0.1:6379> lrange listkey 0 -1 1) "c" 2) "redis" 3) "b" 4) "a" 複製程式碼
1.2. 查詢命令
1.2.1. 獲取指定範圍內的元素列表
lrange key start stop
lrange 操作會獲取列表 指定索引 範圍所有的元素。
索引下標有兩個特點：
-
其一，索引下標 從左到右 分別是
0到N-1，但是 從右到左 分別是-1到-N。 -
其二，
lrange中的end選項包含了 自身 ，這個和很多程式語言不包含end不太相同。
從左到右獲取列表的第 2 到第 4 個元素，可以執行如下操作：
127.0.0.1:6379> lrange listkey 1 3 1) "redis" 2) "b" 3) "a" 複製程式碼
從右到左獲取列表的第 1 到第 3 個元素，可以執行如下操作：
127.0.0.1:6379> lrange listkey -3 -1 1) "redis" 2) "b" 3) "a" 複製程式碼
1.2.2. 獲取列表指定索引下標的元素
lindex key index
例如當前列表 最後一個 元素為 a ：
127.0.0.1:6379> lindex listkey -1 "a" 複製程式碼
1.2.3. 獲取列表長度
llen key
例如，下面示例 當前列表長度 為 4 ：
127.0.0.1:6379> llen listkey (integer) 4 複製程式碼
1.3. 刪除命令
1.3.1. 從列表左側彈出元素
lpop key
如下操作將 列表 最左側的元素 c 彈出，彈出後 列表 變為 redis 、 b 、 a 。
127.0.0.1:6379> lpop listkey "c" 127.0.0.1:6379> lrange listkey 0 -1 1) "redis" 2) "b" 3) "a" 複製程式碼
1.3.2. 從列表右側彈出元素
rpop key
它的使用方法和 lpop 是一樣的，只不過從列表 右側 彈出元元素。
127.0.0.1:6379> lpop listkey "a" 127.0.0.1:6379> lrange listkey 0 -1 1) "c" 2) "redis" 3) "b" 複製程式碼
1.3.3. 刪除指定元素
lrem key count value
lrem 命令會從 列表 中找到 等於 value 的元素進行 刪除 ，根據 count 的不同分為三種情況：
-
count > 0： 從左到右 ，刪除最多
count個元素。 -
count < 0： 從右到左 ，刪除最多
count絕對值 個元素。 -
count = 0， 刪除所有 。
例如向列表 從左向右 插入 5 個 a ，那麼當前 列表 變為 “a a a a a redis b a” ，下面操作將從列表 左邊 開始刪除 4 個為 a 的元素：
127.0.0.1:6379> lrem listkey 4 a (integer) 4 127.0.0.1:6379> lrange listkey 0 -1 1) "a" 2) "redis" 3) "b" 4) "a" 複製程式碼
1.3.4. 按照索引範圍修剪列表
127.0.0.1:6379> ltrim listkey 1 3 OK 127.0.0.1:6379> lrange listkey 0 -1 1) "redis" 2) "b" 3) "a" 複製程式碼
1.4. 修改命令
1.4.1. 修改指定索引下標的元素
修改 指定索引下標 的元素：
lset key index newValue
下面操作會將列表 listkey 中的第 3 個元素設定為 mysql ：
127.0.0.1:6379> lset listkey 2 mysql OK 127.0.0.1:6379> lrange listkey 0 -1 1) "redis" 2) "b" 3) "mysql" 複製程式碼
1.5. 阻塞操作命令
阻塞式彈出操作的命令如下：
blpop key [key ...] timeout brpop key [key ...] timeout
blpop 和 brpop 是 lpop 和 rpop 的 阻塞版本 ，它們除了 彈出方向 不同， 使用方法 基本相同，所以下面以 brpop 命令進行說明， brpop 命令包含兩個引數：
-
key[key...]：一個列表的 多個鍵 。
-
timeout： 阻塞 時間（單位： 秒 ）。
對於 timeout 引數，要氛圍 列表為空 和 不為空 兩種情況：
- 列表為空
如果 timeout = 3 ，那麼 客戶端 要等到 3 秒後返回，如果 timeout = 0 ，那麼 客戶端 一直 阻塞 等下去：
127.0.0.1:6379> brpop list:test 3 (nil) (3.10s) 127.0.0.1:6379> brpop list:test 0 ...阻塞... 複製程式碼
如果此期間添加了資料 element1 ，客戶端 立即返回 ：
127.0.0.1:6379> brpop list:test 3 1) "list:test" 2) "element1" (2.06s) 複製程式碼
- 列表不為空 ：客戶端會 立即返回 。
127.0.0.1:6379> brpop list:test 0 1) "list:test" 2) "element1" 複製程式碼
在使用 brpop 時，有以下兩點需要注意：
- 其一，如果是 多個鍵 ，那麼
brpop會 從左至右 遍歷鍵，一旦有 一個鍵 能 彈出元素 ，客戶端 立即返回 ：
127.0.0.1:6379> brpop list:1 list:2 list:3 0 ..阻塞.. 複製程式碼
此時另一個 客戶端 分別向 list:2 和 list:3 插入元素：
client-lpush> lpush list:2 element2 (integer) 1 client-lpush> lpush list:3 element3 (integer) 1 複製程式碼
客戶端會立即返回 list:2 中的 element2 ，因為 list:2 最先有 可以彈出 的元素。
127.0.0.1:6379> brpop list:1 list:2 list:3 0 1) "list:2" 2) "element2" 複製程式碼
- 其二，如果 多個客戶端 對 同一個鍵 執行
brpop，那麼 最先執行brpop命令的 客戶端 可以 獲取 到彈出的值。
按先後順序在 3 個客戶端執行 brpop 命令：
- 客戶端1：
client-1> brpop list:test 0 ...阻塞... 複製程式碼
- 客戶端2：
client-2> brpop list:test 0 ...阻塞... 複製程式碼
- 客戶端3：
client-3> brpop list:test 0 ...阻塞... 複製程式碼
此時另一個 客戶端 lpush 一個元素到 list:test 列表中：
client-lpush> lpush list:test element (integer) 1 複製程式碼
那麼 客戶端 1 會獲取到元素，因為 客戶端 1 最先執行 brpop 命令，而 客戶端 2 和 客戶端 3 會繼續 阻塞 。
client> brpop list:test 0 1) "list:test" 2) "element" 複製程式碼
有關 列表 的 基礎命令 已經介紹完了，下表是相關命令的 時間複雜度 ：
2. 內部編碼
列表型別的 內部編碼 有兩種：
2.1. ziplist（壓縮列表）
當列表的元素個數 小於 list-max-ziplist-entries 配置（預設 512 個），同時列表中 每個元素 的值都 小於 list-max-ziplist-value 配置時（預設 64 位元組）， Redis 會選用 ziplist 來作為 列表 的 內部實現 來減少記憶體的使用。
2.2. linkedlist（連結串列）
當 列表型別 無法滿足 ziplist 的條件時， Redis 會使用 linkedlist 作為 列表 的 內部實現 。
2.3. 編碼轉換
下面的示例演示了 列表型別 的 內部編碼 ，以及相應的變化。
- 當元素 個數較少 且 沒有大元素 時， 內部編碼 為
ziplist：
127.0.0.1:6379> rpush listkey e1 e2 e3 (integer) 3 127.0.0.1:6379> object encoding listkey "ziplist" 複製程式碼
- 當元素個數超過
512個， 內部編碼 變為linkedlist：
127.0.0.1:6379> rpush listkey e4 e5 ... e512 e513 (integer) 513 127.0.0.1:6379> object encoding listkey "linkedlist" 複製程式碼
- 當某個元素超過
64位元組 ， 內部編碼 也會變為linkedlist：
127.0.0.1:6379> rpush listkey "one string is bigger than 64 byte..." (integer) 4 127.0.0.1:6379> object encoding listkey "linkedlist" 複製程式碼
Redis3.2 版本提供了 quicklist 內部編碼 ，簡單地說它是以一個 ziplist 為 節點 的 linkedlist ，它結合了 ziplist 和 linkedlist 兩者的優勢，為 列表型別 提供了一種更為優秀的 內部編碼 實現，它的設計原理可以參考 Redis 的另一個作者 Matt Stancliff 的部落格redis-quicklist。
3. 應用場景
3.1. 訊息佇列
通過 Redis 的 lpush + brpop 命令組合 ，即可實現 阻塞佇列 。如圖所示：
生產者客戶端使用 lrpush 從列表 左側插入元素 ， 多個消費者客戶端 使用 brpop 命令 阻塞式 的 “搶” 列表 尾部 的元素， 多個客戶端 保證了消費的 負載均衡 和 高可用性 。
3.2. 文章列表
每個 使用者 有屬於自己的 文章列表 ，現需要 分頁 展示文章列表。此時可以考慮使用 列表 ，因為列表不但是 有序的 ，同時支援 按照索引範圍 獲取元素。
- 每篇文章使用 雜湊結構 儲存，例如每篇文章有
3個屬性title、timestamp、content：
hmset acticle:1 title xx timestamp 1476536196 content xxxx hmset acticle:2 title yy timestamp 1476536196 content yyyy ... hmset acticle:k title kk timestamp 1476512536 content kkkk 複製程式碼
- 向用戶文章列表 新增文章 ，
user:{id}:articles作為使用者文章列表的 鍵 ：
lpush user:1:acticles article:1 article:3 article:5 lpush user:2:acticles article:2 article:4 article:6 ... lpush user:k:acticles article:7 article:8 複製程式碼
- 分頁 獲取 使用者文章列表 ，例如下面 虛擬碼 獲取使用者
id=1的前10篇文章：
articles = lrange user:1:articles 0 9
for article in {articles}
hgetall {article}
複製程式碼
使用 列表 型別 儲存 和 獲取 文章列表會存在兩個問題：
-
第一：如果每次 分頁 獲取的 文章個數較多 ，需要執行多次
hgetall操作，此時可以考慮使用Pipeline進行 批量獲取 ，或者考慮將文章資料 序列化為字串 型別，使用mget批量獲取 。 -
第二： 分頁 獲取 文章列表 時，
lrange命令在列表 兩端效能較好 ，但是如果 列表較大 ，獲取列表 中間範圍 的元素 效能會變差 。此時可以考慮將列表做 二級拆分 ，或者使用Redis 3.2的quicklist內部編碼實現，它結合ziplist和linkedlist的特點，獲取列表 中間範圍 的元素時也可以 高效完成 。
3.3. 其他場景
實際上列表的使用場景很多，具體可以參考如下：
| 命令組合 | 對應資料結構 |
|---|---|
| lpush + lpop | Stack（棧） |
| lpush + rpop | Queue（佇列） |
| lpush + ltrim | Capped Collection（有限集合） |
| lpush + brpop | Message Queue（訊息佇列） |
小結
本文介紹了 Redis 中的 列表 的 一些 基本命令 、 內部編碼 和 適用場景 。通過組合不同 命令 ，可以把 列表 轉換為不同的 資料結構 使用。