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Redis：List 类型内部实现、命令及应用场景

news 来源：原创 2025/7/16 9:24:28

Redis 中的 List（列表）类型是一种有序的数据结构，它可以存储多个字符串元素，并且这些元素按照插入顺序排列。可以将它理解为一个双向链表，支持在链表的两端进行快速的插入和删除操作。它允许元素重复，并且可以在列表的头部（左侧）或尾部（右侧）进行元素的添加和移除。

内部实现

压缩列表（ziplist）

结构：是一种紧凑的连续内存块数据结构。它将列表元素依次存储，每个节点包含前一节点长度、当前节点长度和节点值等信息。
优点：内存利用率高，没有额外指针开销，适合存储少量小元素列表，能有效节省内存。
缺点：插入和删除元素时，可能需要移动大量数据，时间复杂度为 O (n)；查找元素也需遍历，效率低。

双向链表

结构：由多个节点组成，每个节点包含数据、指向前一个节点的指针和指向后一个节点的指针。
优点：在链表两端进行插入和删除操作非常高效，时间复杂度为 O (1)，适合频繁插入和删除的场景。
缺点：每个节点需要额外的指针来维护链表结构，内存开销大；且节点在内存中不连续存储，可能导致内存碎片化。

在Redis3.2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。

快速列表（quicklist）

结构：结合了压缩列表和双向链表的优势。它是一个由多个压缩列表作为节点组成的双向链表。
优点：既保持了在链表两端快速插入和删除的特性，又通过压缩列表存储元素节省了内存，减少了内存碎片化问题。
缺点：结构相对复杂，在某些复杂操作时可能存在一定额外开销。

常用命令

添加

LPUSH

lpush key element [element ...]

头插元素到list中，如果key不存在就创建，返回插入操作后列表的新长度。

LPUSHX

lpushx key element [element ...]

当列表键已经存在时头插元素到list中。

RPUSH

rpush key element [element ...]

尾插元素到list中，如果key不存在就创建，返回插入操作后列表的新长度。

RPUSHX

rpushx key element [element ...]

LINSERT

linsert key before|after pivot element

在列表里指定元素的前面或后面插入新元素。若操作成功，返回插入新元素后列表的长度；若指定的 key 不存在，返回 0；若 pivot 元素未在列表中找到，返回 -1。
参数：
- BEFORE 或者 AFTER：表明插入位置是在指定元素的前面还是后面。
- pivot：为列表中作为参考的元素。
- element：是要插入到列表中的新元素。

查找

LRANGE

lrange key start stop

获取[start, end]的闭区间范围的list元素，支持负数下标。

LINDEX

lindex key index

获取指定下标的元素，并返回，支持负数下标。

LLEN

llen key

获取list的长度，并返回，如果不存在则返回0。

删除

LPOP

lpop key [count]

头删list元素，返回删除的元素，若列表为空则返回 nil。

RPOP

rpop key [count]

尾删list元素，返回删除的元素，若列表为空则返回 nil。

LREM

lrem key count element

删除count个element元素。
当 count > 0 时，从左往右，移除 count 个与 value 相等的元素。
当 count < 0 时，从右往左，移除 |count| 个与 value 相等的元素。
当 count = 0 时，移除列表中所有与 value 相等的元素。

LTRIM

ltrim key start stop

只保留[start, stop]闭区间内部的元素，其余的元素全部删除。

修改

LSET

lset key index element

将指定位置的元素替换为新值。若 key 不存在或者索引超出列表范围，会返回错误。

阻塞命令

在 Redis 中，阻塞命令是指那些会使客户端在一定条件下暂停执行，等待特定事件发生后才继续执行的命令。

特点：

暂停执行：当客户端发送阻塞命令后，如果当前条件不满足立即执行的要求，客户端就会被阻塞，线程会被挂起，不再继续执行后续的命令，直到满足特定条件。
等待事件触发：阻塞命令会一直等待某个特定事件的发生，例如有新元素加入列表（如BLPOP和BRPOP等待列表中有元素可弹出）、达到指定的超时时间等。一旦这些事件发生，阻塞状态就会被解除，客户端继续执行后续操作。
原子性：阻塞命令通常是原子操作，即要么整个命令执行成功，要么由于阻塞条件不满足而不执行任何操作，不会出现部分执行的情况，保证了数据的一致性和完整性。

作用：

实现消息队列和任务队列：在构建消息队列或任务队列时，生产者将任务或消息放入列表，消费者使用阻塞命令从列表中获取任务。消费者在没有任务时会阻塞等待，避免了轮询带来的资源浪费，当有新任务加入时，消费者能及时被唤醒并处理任务。
协调分布式系统中的操作：在分布式系统中，多个节点可能需要协调操作。阻塞命令可以用于实现节点之间的同步，例如一个节点等待另一个节点完成某个操作后再继续执行，通过阻塞等待可以确保操作的顺序和一致性。

BLPOP

blpop key [key ...] timeout

读取并删除list头部元素，如果没有元素则陷入阻塞。

BRPOP

brpop key [key ...] timeout

读取并删除list头部元素，如果没有元素则陷入阻塞。

应用场景

消息队列：List 类型非常适合实现消息队列。生产者可以使用 RPUSH 命令将消息添加到列表的尾部，消费者使用 LPOP 命令从列表的头部获取消息，实现先进先出（FIFO）的消息处理机制。

最新消息列表：可以使用 LPUSH 命令将最新的消息添加到列表的头部，然后使用 LRANGE 命令获取最新的几条消息。例如，在社交应用中，可以使用 List 存储用户的最新动态。

合实现消息队列。生产者可以使用 RPUSH 命令将消息添加到列表的尾部，消费者使用 LPOP 命令从列表的头部获取消息，实现先进先出（FIFO）的消息处理机制。

任务队列：可以使用 List 作为任务队列。任务生产者将任务添加到列表中，任务消费者从列表中获取任务并执行。