第六章：进入Redis的List核心

一.List概念 

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： 

1. 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
2. 区分获取和删除的区别
3. 列表中的元素是允许重复的
4. 列表（List）相当于数组或者顺序表。
5. 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）。
6. 的边最左的元素下标是 0，Redis 的下标支持负下标，getrange。
7. 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。
8. 像 hash 这样的类型，field 是不能重复的。
9. 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。
10. 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。
11. 后来 Redis 又提供了一个 stream 类型。

二List核心命令 

2.1LPUSH,LPRUSHX

 LPUSH key element [element ...]

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.

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)  

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 key start stop

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.

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 ...]

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 key

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) 

• 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 key

 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 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 ：

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

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

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
}