深刻剖析Redis系列(七) - Redis數據結構之列表

時間 2019-11-07

標籤深刻剖析 redis 系列數據結構列表欄目 Redis 简体版

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前言

列表（list）類型是用來存儲多個有序的 字符串。在 Redis 中，能夠對列表的兩端進行插入（push）和彈出（pop）操做，還能夠獲取 指定範圍 的 元素列表、獲取 指定索引下標 的元素等。mysql

列表是一種比較靈活的 數據結構，它能夠充當棧和隊列的角色，在實際開發上有不少應用場景。redis

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，列表中的每一個字符串稱爲元素（element），一個列表最多能夠存儲 2 ^ 32 - 1 個元素。sql

列表的插入和彈出操做

列表的獲取、截取和刪除操做

其餘文章

正文

1. 相關命令

下面將按照對列表的 5 種 操做類型 對命令進行介紹：

1.1. 添加命令

1.1.1. 從右邊插入元素

rpush key value [value ...]

下面代碼 從右向左 插入元素 c、b、a：

127.0.0.1:6379> rpush listkey c b a
(integer) 3
複製代碼

lrange 0 -1 命令能夠 從左到右 獲取列表的 全部元素：

127.0.0.1:6379> lrange listkey 0 -1
1) "c"
2) "b"
3) "a"
複製代碼

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，這裏再也不贅述。

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，例以下面操做會在列表的元素 b 前插入 redis：

127.0.0.1:6379> linsert listkey before b redis
(integer) 4
複製代碼

返回結果爲 4，表明當前列表的長度，當前列表變爲：

127.0.0.1:6379> lrange listkey 0 -1
1) "c"
2) "redis"
3) "b"
4) "a"
複製代碼

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 操做會獲取列表 指定索引 範圍全部的元素。

索引下標 有兩個特色：

其一，索引下標 從左到右 分別是 0 到 N-1，可是 從右到左 分別是 -1 到 -N。
其二，lrange 中的 end 選項包含了自身，這個和不少編程語言不包含 end 不太相同。

從左到右 獲取列表的第 2 到第 4 個元素，能夠執行以下操做：

127.0.0.1:6379> lrange listkey 1 3
1) "redis"
2) "b"
3) "a"
複製代碼

從右到左 獲取列表的第 1 到第 3 個元素，能夠執行以下操做：

127.0.0.1:6379> lrange listkey -3 -1
1) "redis"
2) "b"
3) "a"
複製代碼

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 元素爲 a：

127.0.0.1:6379> lindex listkey -1
"a"
複製代碼

1.2.3. 獲取列表長度

llen key

例如，下面示例 當前列表長度 爲 4：

127.0.0.1:6379> llen listkey
(integer) 4
複製代碼

1.3. 刪除命令

1.3.1. 從列表左側彈出元素

lpop key

以下操做將列表最左側的元素 c 彈出，彈出後列表變爲 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"
複製代碼

1.3.2. 從列表右側彈出元素

rpop key

它的使用方法和 lpop 是同樣的，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"
複製代碼

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 的不一樣分爲三種狀況：

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，刪除全部。

例如向列表 從左向右 插入 5 個 a，那麼當前列表變爲 「a a a a a redis b a」，下面操做將從列表左邊開始刪除 4 個爲 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"
複製代碼

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"
複製代碼

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

下面操做會將列表 listkey 中的第 3 個元素設置爲 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"
複製代碼

1.5. 阻塞操做命令

阻塞式彈出 操做的命令以下：

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 不一樣，使用方法 基本相同，因此下面以 brpop 命令進行說明， brpop 命令包含兩個參數：

key[key...]：一個列表的 多個鍵。
timeout：阻塞時間（單位：秒）。

對於 timeout 參數，要氛圍 列表爲空 和 不爲空 兩種狀況：

列表爲空

若是 timeout = 3，那麼 客戶端 要等到 3 秒後返回，若是 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...
複製代碼

若是此期間添加了數據 element1，客戶端 當即返回：

127.0.0.1:6379> brpop list:test 3
1) "list:test"
2) "element1"
(2.06s)
複製代碼

列表不爲空：客戶端會 當即返回。

127.0.0.1:6379> brpop list:test 0
1) "list:test"
2) "element1"
複製代碼

在使用 brpop 時，有如下兩點須要注意：

其一，若是是 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 當即返回：

127.0.0.1:6379> brpop list:1 list:2 list:3 0
..阻塞..
複製代碼

此時另外一個 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
複製代碼

客戶端 會當即返回 list:2 中的 element2，由於 list:2 最早有 能夠彈出 的元素。

127.0.0.1:6379> brpop list:1 list:2 list:3 0
1) "list:2"
2) "element2"
複製代碼

其二，若是 多個客戶端 對 同一個鍵 執行 brpop，那麼 最早執行 brpop 命令的 客戶端 能夠獲取到彈出的值。

按前後順序在 3 個客戶端執行 brpop 命令：

客戶端1：

client-1> brpop list:test 0
...阻塞...
複製代碼

客戶端2：

client-2> brpop list:test 0
...阻塞...
複製代碼

客戶端3：

client-3> brpop list:test 0
...阻塞...
複製代碼

此時另外一個 客戶端 lpush 一個元素到 list:test 列表中：

client-lpush> lpush list:test element
(integer) 1
複製代碼

那麼 客戶端 1 會獲取到元素，由於 客戶端 1 最早執行 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"
複製代碼

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

列表類型的 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（默認 512 個），同時列表中 每一個元素 的值都小於 list-max-ziplist-value 配置時（默認 64 字節），Redis 會選用 ziplist 來做爲列表的 內部實現 來減小內存的使用。

2.2. linkedlist（鏈表）

當 列表類型 沒法知足 ziplist 的條件時， Redis 會使用 linkedlist 做爲列表的 內部實現。

2.3. 編碼轉換

下面的示例演示了 列表類型 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 爲 ziplist：

127.0.0.1:6379> rpush listkey e1 e2 e3
(integer) 3
127.0.0.1:6379> object encoding listkey
"ziplist"
複製代碼

當元素個數超過 512 個，內部編碼 變爲 linkedlist：

127.0.0.1:6379> rpush listkey e4 e5 ... e512 e513
(integer) 513
127.0.0.1:6379> object encoding listkey
"linkedlist"
複製代碼

當某個元素超過 64 字節，內部編碼 也會變爲 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"
複製代碼

Redis3.2 版本提供了 quicklist 內部編碼，簡單地說它是以一個 ziplist 爲節點的 linkedlist，它結合了 ziplist 和 linkedlist 二者的優點，爲 列表類型 提供了一種更爲優秀的 內部編碼 實現，它的設計原理能夠參考 Redis 的另外一個做者 Matt Stancliff 的博客 redis-quicklist。

3. 應用場景

3.1. 消息隊列

經過 Redis 的 lpush + brpop 命令組合，便可實現 阻塞隊列。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

每一個用戶有屬於本身的 文章列表，現須要分頁展現文章列表。此時能夠考慮使用列表，由於列表不可是 有序的，同時支持 按照索引範圍 獲取元素。

每篇文章使用 哈希結構 存儲，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
複製代碼

向用戶文章列表 添加文章，user:{id}:articles 做爲用戶文章列表的鍵：

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
複製代碼

分頁獲取 用戶文章列表，例以下面 僞代碼 獲取用戶 id=1 的前 10 篇文章：

articles = lrange user:1:articles 0 9
for article in {articles}
    hgetall {article}
複製代碼

使用列表類型保存和獲取文章列表會存在兩個問題：

第一：若是每次分頁獲取的 文章個數較多，須要執行屢次 hgetall 操做，此時能夠考慮使用 Pipeline 進行 批量獲取，或者考慮將文章數據 序列化爲字符串 類型，使用 mget 批量獲取。
第二：分頁獲取 文章列表 時， lrange 命令在列表 兩端性能較好，可是若是 列表較大，獲取列表 中間範圍 的元素 性能會變差。此時能夠考慮將列表作 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 的特色，獲取列表 中間範圍 的元素時也能夠 高效完成。