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第六章：进入Redis的List核心

news 2025/8/4 6:01:12

一.List概念

列表类型是⽤来存储多个有序的字符串，如图 2-19 所示，a、b、c、d、e 五个元素从左到右组成

了⼀个有序的列表，列表中的每个字符串称为元素（element），⼀个列表最多可以存储

个元素。在 Redis 中，可以对列表两端插⼊（push）和弹出（pop），还可以获取指定范围的元素列表、获取指定索引下标的元素等（如下图所示。列表是⼀种比较灵活的数据结构，它可以当栈和队列的角色，在实际开发上有很多应用场景

列表两端插⼊和弹出操作

列表的获取、删除等操作

列表类型的特点：

列表中的元素是有序的，这意味着可以通过索引下标获取某个元素或者某个范围的元素列表
区分获取和删除的区别
列表中的元素是允许重复的
列表（List）相当于数组或者顺序表。
注意：List 内部的结构和访问方式并非是一个简单的数组，而是更接近于 “双端队列”（deque）。
的边最左的元素下标是 0，Redis 的下标支持负下标，getrange。
区分获取和删除的区别：
1. Index 能获取到元素的值。
2. lrem 也能返回被删除元素的值。
像 hash 这样的类型，field 是不能重复的。
因为当前的 List，头和尾都能高效的插入删除元素，所以可以把这个 List 当做一个栈 / 队列来使用了。
Redis 有一个典型的应用场景，就是作为消息队列，最早的时候，就是通过 List 实现。
后来 Redis 又提供了一个 stream 类型。

二List核心命令

2.1LPUSH,LPRUSHX

LPUSH命令：将⼀个或者多个元素从左侧放入（头插）到 list 中。

 LPUSH key element [element ...]

时间复杂度：只插⼊⼀个元素为 O(1), 插⼊多个元素为 O(N), N 为插⼊元素个数.

返回值：插⼊后 list 的⻓度

LPRUSH命令：在 key 存在时，将⼀个或者多个元素从左侧放入（头插）到 list 中。不存在，直接返回

LPUSHX key element [element ...]

时间复杂度：只插⼊⼀个元素为 O(1), 插⼊多个元素为 O(N), N 为插⼊元素个数.

返回值：插⼊后 list 的⻓度

如何搭配使用？

Redis 中的 list 是一个双端队列。
从两头插入 / 删除元素都是非常高效 O (1)。
搭配使用 rpush 和 lpop，就相当于队列了。
搭配使用 rpush 和 rpop，就相当于栈了。

2.2LPOP

LPOP key
RPOP key [count]
LPOP 和 RPOP 在当前的 redis 5 版本中，都是没有 count 参数。
从 redis 6.2 版本，新增了一个 count 参数。
count 就描述这次要删几个元素。

LPOP 命令：从 list 左侧取出元素（即头删）

LPOP key

时间复杂度：O(1)

返回值：取出的元素或者 nil。

2.3LRANGE

Lrange 命令：查看 list 中指定范围的元素。

此处描述的区间也是闭区间，下标支持负数。

谈到下标，往往会关注超出范围的情况：
- C++ 中，下标超出范围，一般会认为这是一个 “未定义行为”。
  - 缺点：程序不一定能第一时间发现问题！！
  - 优点：效率是最高的！！
  - 可能会导致程序崩溃。
  - 也可能会得到一个不合法的数据。
  - 还可能会得到一个看起来对，但是错误的数据。
  - 也有可能恰好得到一个符合要求的数据。[开盲盒]
- Java 中，下标超出范围，一般会抛出异常。多出一步下标合法性的验证。
  - 缺点：速度比上面要慢。
  - 优点：出现问题能及时发现。
- 在 Redis 中并没有采用上述的两种设定。
  - Redis 的做法，是直接尽可能的获取到给定区间的元素，如果给定区间非法，比如超出下标，就会尽可能的获取对应的内容。
  - 此处对于越界下标的处理方式，更接近于 python 的处理方式。（python 的切片）
“鲁棒性”（你对我越粗鲁，我就表现的越棒），程序的容错能力更强。
是机器执行的快重要？还是程序代码好写的快重要？利益相关。

LRANGE命令：获取从 start 到 end 区间的所有元素，左闭右闭

LRANGE key start stop

时间复杂度：O(N)

返回值：指定区间的元素。

2.4RPUSH，RPUSHX

RPUSH命令：将⼀个或者多个元素从右侧放⼊（尾插）到 list 中

RPUSH key element [element ...]

时间复杂度：只插⼊⼀个元素为 O(1), 插⼊多个元素为 O(N), N 为插⼊元素个数.

返回值：插⼊后 list 的⻓度

RPUSHX命令：在 key 存在时，将⼀个或者多个元素从右侧放⼊（尾插）到 list 中

RPUSHX key element [element ...]

时间复杂度：只插⼊⼀个元素为 O(1), 插⼊多个元素为 O(N), N 为插⼊元素个数.

返回值：插⼊后 list 的⻓度

2.5RPOP

LPOP key
RPOP key [count]
LPOP 和 RPOP 在当前的 redis 5 版本中，都是没有 count 参数。
从 redis 6.2 版本，新增了一个 count 参数。
count 就描述这次要删几个元素。

RPOP命令：从 list 右侧取出元素（即尾删）。

 RPOP key

时间复杂度：O(1)

返回值：取出的元素或者 nil。

2.6LINDEX ,LINSERT ，LLEN

LINDEX 命令：获取从左数第 index 位置的元素

 LINDEX key index

时间复杂度：O(N)

返回值：取出的元素或者 nil。

(注意插入有多个基准值后端情况是怎么样的)

LINSERT 命令：在特定位置插⼊元素。

返回值是插入之后，得到的新的 list 的长度。
万一要插入的列表中，基准值，存在多个，咋办？
- linsert 进行插入的时候，要根据基准值，找到对应的位置，从左往右找，找到第一个符合基准值的位置即可。
- O (N)，N 表示列表的长度。

 LINSERT key <BEFORE | AFTER> pivot element

LLEN 命令：获取 list ⻓度。

LLEN key

时间复杂度：O(1)

返回值：list 的长度

2.7LREM

当 count > 0 时

规则：从列表的头部开始向尾部查找，删除最多 count 个值等于 value 的元素。

当 count < 0 时

规则：从列表的尾部开始向头部查找，删除最多 Math.abs(count) 个值等于 value 的元素。

当 count = 0 时

规则：删除列表中所有值等于 value 的元素。

2.8LSET

LSET命令:根据下标修改元素

LSET key index element
O(N)
lindex 可以很好的处理下标越界的情况，直接返回 nil。
lset 来说则会报错，不会像 js 那样，直接在 10 这个下标这里搞出个元素来

2.9LTRIM

LTRIM key start stop
保留 start 和 stop 之间区间内的元素（区间外面两边的元素就直接被删除了）

2.10BLPOP,BRPOP（阻塞版本）

阻塞队列相关：

但阻塞不会本质慢很多，阻塞一段时间后，回到 Redis 可以执行其他命令。
使用 brpop 和 blpop 的时候，这里是可以显式设置超时时间的！！（不一定是无休止的等待）
此处的 blpop 和 brpop 看起来好像耗时很久，但是实际上并不会对 redis 服务产生负面影响！
命令中如果设置了多个键，那么会从左到右进行遍历，一旦有一个对应的列表中可以弹出元素，命令立即返回。
blpop 和 brpop 都可以同时去尝试获取多个 key 的列表的元素的。
- 多个 key 对应多个 list。
- 这多个 list 哪个有元素了，就会返回哪个元素。
如果多个客户端同时对一个键进行 lpop，则最先执行命令的客户端会得到弹出的元素。

blpop 和 brpop 是 lpop 和 rpop 的阻塞版本，和对应非阻塞版本的作⽤基本⼀致
在列表中有元素的情况下，阻塞和非阻塞表现是⼀致的。但如果列表中没有元素，非阻塞版本会立即返回 nil，但阻塞版本会根据 timeout，阻塞⼀段时间，期间 Redis 可以执行其他命令，但要求执行该命令的客⼾端会表现为阻塞状态
命令中如果设置了多个键，那么会从左向右进⾏遍历键，⼀旦有⼀个键对应的列表中可以弹出元素，命令立即返回。如果多个客⼾端同时多⼀个键执行pop，则最先执行命令的客⼾端会得到弹出的元素

BROPO和上述同理。

BLPOP key [key ...] timeout
此处可以指定一个 key 或者多个 key，每个 key 都对应一个 list。
如果这些 list 有任何一个非空，blpop 都能够把这里的元素给获取到，立即返回。
如果这些 list 都为空，此时就需要阻塞等待，等待其他客户端往这些 list 中插入元素了。
此处还可以指定超时时间，单位是秒（Redis 6，超时时间允许设定成小数，Redis 5 中，超时时间，得是整数）。
1. 针对一个非空的列表进行操作：
  - 返回的结果相当于一个 pair（二元组）。
  - 一方面是告诉我们当前的数据来自于哪个 key。
  - 一方面是告诉我们取到的数据是啥。
2. 针对一个空的列表进行操作。
3. 针对多个 key 进行操作。
brpop 效果和 blpop 完全一样。（这里是尾端了）
此处的这俩阻塞命令用途主要就是用来作为 “消息队列”。
当前这俩命令虽然可以一定程度的满足 “消息队列” 这样的需求，整体来说，这俩命令功能还是比较有限。
blpop 和 brpop 有些类似逻辑。

三.内部编码

压缩列表（ziplist）：一种把数据按照更紧凑的压缩形式进行表示，以节省空间的数据结构，但当元素个数增多时，操作效率会降低。
链表（linkedlist）：当列表类型⽆法满⾜ ziplist 的条件时，Redis 会使⽤ linkedlist 作为列表的内部实现。
快速列表（quicklist）：相当于链表和压缩列表的结合体，整体是一个链表，链表的每个节点是一个压缩列表。它通过控制每个压缩列表的大小，并将多个压缩列表通过链式结构连接起来，在空间和效率之间取得较好的平衡。
相关配置：
list-max-ziplist-entries 配置和 list-max-ziplist-value 配置，不过现在已经不再使用。
list-max-ziplist-size 配置，有不同的取值对应不同的最大大小，
-5 对应 64KB（不推荐用于常规工作负载）、
-4 对应 32KB（不推荐
-3 对应 16KB（可能不推荐）、
-2 对应 8KB（良好）、
-1 对应 4KB（良好）等。
可以通过 OBJECT encoding key 命令查看某个键对应的数据结构编码，例如图中显示为 quicklist。

四.list的经典应用场景

列表（list）类型的应用场景

用 list 作为 “数组” 这样的结构，来存储多个元素。
redis 提供的查询功能，不像 mysql 这么强大。

举个栗子~

MySQL 表结构：
- 学生表（student）：包含 studentId（学生 ID）、studentName（学生姓名）、age（年龄）、score（分数）、classId（班级 ID）字段。
- 班级表（class）：包含 classId（班级 ID）、className（班级名称）字段。
- 在上表结构中，可以很方便地实现 “查询指定班级中有哪些同学”。
Redis 存储结构：
- 以特定的 key 来存储学生和班级信息，如 student:1 存储学生 1 的姓名、年龄、分数；class:1 存储班级 1 的名称等。
- 还通过 classStudents:1 、classStudents:2 等键来存储对应班级的学生 ID 列表。
- 具体 redis 中的数据如何组织，都要根据实际的业务情况来决定。

4.1消息队列和分频道的消息队列

消息队列：

Redis 可以使用 lpush + brpop 命令组合实现经典的阻塞式生产者-消费者模型队列，生产者客户端使用 lpush 从列表左侧插入元素，多个消费者客户端使用 brpop 命令阻塞式地从队列中“争抢”队首元素。通过多个客户端来保证消费的负载均衡和高可用性。

Redis 阻塞消息队列模型：

生产者通过 lpush 操作向 Redis 的列表中添加元素。
多个消费者通过 brpop 操作从列表中获取元素，只有一个消费者能 “抢到” 元素，谁先执行 brpop 命令谁就能拿到新来的元素，这样的设定能构成一个 “轮询” 式的效果。
假设消费者执行顺序是 1、2、3，当新元素到达后，首先是消费者 1 拿到元素（按照执行 brpop 命令的先后顺序决定）。消费者 1 拿到元素后，就从 brpop 中返回（相当于这个命令执行完了），如果消费者 1 还想继续消费，就需要重新执行 brpop。此时再来新元素，就是消费者 2 拿到该元素并从 brpop 中返回，如果消费者 2 还想继续消费，也需要重新执行 brpop。接着再来新元素，就是消费者 3 拿到这个元素。
brpop 操作是阻塞操作，当列表为空时，brpop 就会阻塞等待，一直等到其他客户端 push 了元素。

分频道的消息队列：

Redis 同样使⽤ lpush + brpop 命令，但通过不同的键模拟频道的概念，不同的消费

者可以通过 brpop 不同的键值，实现订阅不同频道的理念。

举个栗子~

假设我们有一个社交应用，有 “通知”（notifications）和 “私信”（messages）两个频道。

生产者方面，当有新通知时，用lpush notifications "new like"生产通知消息；当有新私信时，用lpush messages "hello"生产私信消息。
消费者方面，有的消费者可能只关心通知，就执行brpop notifications 0；有的消费者可能只关心私信，就执行brpop messages 0；还有的消费者可能同时关心通知和私信，就执行brpop notifications messages 0，这样当notifications或messages列表中有新消息时，这个消费者就可能获取到消息进行处理。并且对于notifications列表来说，多个只订阅它的消费者中只有一个能抢到新通知消息；对于messages列表同理。

4.2微博 Timeline

每个用户都有属于自己的 Timeline（微博列表），现需要分页展示文章列表。此时可以考虑使用列表，因为列表不但是有序的，同时支持按照索引范围获取元素。
1.每篇微博使用哈希结构存储，例如微博中 3 个属性

hmset mblog:1 title xx timestamp 1476536196 content xxxxx
...
hmset mblog:n title xx timestamp 1476536196 content xxxxx

2.向用户 Timeline 添加微博，user:<uid>:mblogs 作为微博的键：

lpush user:1:mblogs mblog:1 mblog:3
...
lpush user:k:mblogs mblog:9

3.分页获取用户的 Timeline，例如获取用户 1 的前 10 篇微博：

keylist = lrange user:1:mblogs 0 9
for key in keylist {hgetall key
}

此方案在实际中可能存在两个问题：

1 + n 问题。即如果每次分页获取的微博个数较多，需要执行多次 hgetall 操作，此时可以考虑使用 pipeline（流水线）模式批量提交命令，或者微博不采用哈希类型，而是使用序列化的字符串类型，使用 mget 获取。
分裂获取文章时，lrange 在列表两端表现较好，获取列表中间的元素表现较差，此时可以考虑将列表做拆分。