【Redis】Redis十大数据类型—列表List

介绍

List列表是简单的字符串列表，按照插入顺序排序，可以从头部或尾部向List列表添加元素。

列表的最大长度是2^32-1，也就是每个列表支持超过40亿个元素。

实现

底层数据结构是由双向链表或压缩列表实现。

• 如果列表的元素个数小于 512 个（默认值，可由 list-max-ziplist-entries 配置），列表每个元素的值都小于 64 字节（默认值，可由 list-max-ziplist-value 配置），Redis 会使用压缩列表作为 List 类型的底层数据结构；
• 如果列表的元素不满足上面的条件，Redis 会使用双向链表作为 List 类型的底层数据结构；

在Redis3.2版本之后，List数据类型底层数据结构就只由quicklist实现。

常用命令

示例

LPUSH

LPUSH key element [element ...]

将一个或多个值value插入到key列表的表头(最左边)，最后的值在最前面

127.0.0.1:6379> lpush k1 1 2 3 4
(integer) 4
127.0.0.1:6379> lrange k1 0 -1
1) "4"
2) "3"
3) "2"
4) "1"

RPUSH

RPUSH key element [element ...]

将一个或多个值value插入到key列表的表尾(最右边)

127.0.0.1:6379> rpush k2 1 2 3 4
(integer) 4
127.0.0.1:6379> lrange k2 0 -1
1) "1"
2) "2"
3) "3"
4) "4"

LRANGE

LRANGE key start stop

返回列表key中指定区间内的元素，区间以偏移量start和stop指定，从0开始

LPOP

LPOP key [count]

移除并返回key列表的头元素，或者移除count个头元素

127.0.0.1:6379> lrange k2 0 -1
1) "1"
2) "2"
3) "3"
4) "4"
127.0.0.1:6379> LPOP k2 2
1) "1"
2) "2"
127.0.0.1:6379> lrange k2 0 -1
1) "3"
2) "4"
127.0.0.1:6379> LPOP k2
"3"
127.0.0.1:6379> lrange k2 0 -1
1) "4"

RPOP

RPOP key [count]

移除并返回key列表的尾元素

127.0.0.1:6379> lrange k2 0 -1
1) "4"
2) "k"
3) "u"
4) "a"
5) "n"
6) "g"
127.0.0.1:6379> RPOP k2
"g"
127.0.0.1:6379> lrange k2 0 -1
1) "4"
2) "k"
3) "u"
4) "a"
5) "n"
127.0.0.1:6379> RPOP k2 2
1) "n"
2) "a"
127.0.0.1:6379> lrange k2 0 -1
1) "4"
2) "k"
3) "u"

LINDEX

LINDEX key index

按照索引下标获得元素(从上到下)

127.0.0.1:6379> LRANGE k1 0 -1
1) "4"
2) "3"
3) "2"
127.0.0.1:6379> LINDEX k1 1
"3"
127.0.0.1:6379> LINDEX k1 0
"4"
127.0.0.1:6379> LINDEX k1 2
"2"

LLEN

LLEN key

获取列表中元素的个数

127.0.0.1:6379> LRANGE k1 0 -1
1) "4"
2) "3"
3) "2"
127.0.0.1:6379> LLEN k1
(integer) 3

LREM

LREM key count element

删除count 个值等于element的元素，返回值为实际删除的数量。

count等于0时，表示删除全部给定的值。

127.0.0.1:6379> LRANGE k3 0 -1
1) "v4"
2) "v3"
3) "v3"
4) "v2"
5) "v2"
6) "v1"
7) "v1"
8) "v1"
127.0.0.1:6379> LREM k3 2 v1
(integer) 2
127.0.0.1:6379> LRANGE k3 0 -1
1) "v4"
2) "v3"
3) "v3"
4) "v2"
5) "v2"
6) "v1"

127.0.0.1:6379> LREM k3 0 v2
(integer) 2
127.0.0.1:6379> LRANGE k3 0 -1
1) "v4"
2) "v3"
3) "v3"
4) "v1"

LTRIM

LTRIM key start stop

截取指定索引区间的元素，然后赋值给key

127.0.0.1:6379> LRANGE k3 0 -1
1) "v4"
2) "v3"
3) "v3"
4) "v1"
127.0.0.1:6379> LTRIM k3 1 3
OK
127.0.0.1:6379> LRANGE k3 0 -1
1) "v3"
2) "v3"
3) "v1"

RPOPLPUSH

RPOPLPUSH source destination

移除列表的最后一个元素，并将该元素添加到另一个列表并返回

127.0.0.1:6379> LRANGE k2 0 -1
1) "g"
2) "n"
3) "a"
4) "u"
5) "k"
127.0.0.1:6379> LRANGE k1 0 -1
1) "4"
2) "3"
3) "2"
4) "1"
127.0.0.1:6379> RPOPLPUSH k1 k2
"1"
127.0.0.1:6379> LRANGE k2 0 -1
1) "1"
2) "g"
3) "n"
4) "a"
5) "u"
6) "k"
127.0.0.1:6379> LRANGE k1 0 -1
1) "4"
2) "3"
3) "2"

LSET

LSET key index element

设置索引为index的元素值为element。

127.0.0.1:6379> LSET k3 0 v5
OK
127.0.0.1:6379> LRANGE k3 0 -1
1) "v5"
2) "v3"
3) "v1"

LINSERT

LINSERT key pivot element

在list某个已有值pivot的前后再添加具体值element

127.0.0.1:6379> LRANGE k3 0 -1
1) "v5"
2) "v3"
3) "v1"
127.0.0.1:6379> LINSERT k3 before v3 v4
(integer) 4
127.0.0.1:6379> LRANGE k3 0 -1
1) "v5"
2) "v4"
3) "v3"
4) "v1"
127.0.0.1:6379> LINSERT k3 after v1 v6
(integer) 5
127.0.0.1:6379> LRANGE k3 0 -1
1) "v5"
2) "v4"
3) "v3"
4) "v1"
5) "v6"

BLPOP

BLPOP key [key ...] timeout

从key列表表头弹出一个元素，没有就阻塞timeout秒，如果timeout=0则一直阻塞

127.0.0.1:6379> lrange k2 0 -1
1) "u"
127.0.0.1:6379> BLPOP k2 0
1) "k2"
2) "u"
127.0.0.1:6379> BLPOP k2 0 #k2中没有元素，这时执行BLPOP，同时timeout为0，导致一直阻塞
 

BRPOP

BRPOP key [key ...] timeout

从key列表表尾弹出一个元素，没有就阻塞timeout秒，如果timeout=0则一直阻塞

应用场景

消息队列

消息队列在存取消息时，必须要满足三个需求，分别是消息保序、处理重复的消息和保证消息可靠性。

Redis 的 List 和 Stream 两种数据类型，就可以满足消息队列的这三个需求。我们先来了解下基于 List 的消息队列实现方法，后面在介绍 Stream 数据类型时候，在详细说说 Stream。

1、如何满足消息保序需求？

List 本身就是按先进先出的顺序对数据进行存取的，所以，如果使用 List 作为消息队列保存消息的话，就已经能满足消息保序的需求了。

List 可以使用 LPUSH + RPOP （或者反过来，RPUSH+LPOP）命令实现消息队列。

• 生产者使用 LPUSH key value[value...] 将消息插入到队列的头部，如果 key 不存在则会创建一个空的队列再插入消息。
• 消费者使用 RPOP key 依次读取队列的消息，先进先出。

在生产者往 List 中写入数据时，List 并不会主动地通知消费者有新消息写入，如果消费者想要及时处理消息，就需要在程序中不停地调用 RPOP 命令（比如使用一个while(1)循环）。如果有新消息写入，RPOP命令就会返回结果，否则，RPOP命令返回空值，再继续循环。

所以，即使没有新消息写入List，消费者也要不停地调用 RPOP 命令，这就会导致消费者程序的 CPU 一直消耗在执行 RPOP 命令上，带来不必要的性能损失。

为了解决这个问题，Redis提供了 BRPOP 命令。BRPOP命令也称为阻塞式读取，客户端在没有读到队列数据时，自动阻塞，直到有新的数据写入队列，再开始读取新数据。和消费者程序自己不停地调用RPOP命令相比，这种方式能节省CPU开销。

2、如何处理重复的消息？

消费者要实现重复消息的判断，需要 2 个方面的要求：

• 每个消息都有一个全局的 ID。
• 消费者要记录已经处理过的消息的 ID。当收到一条消息后，消费者程序就可以对比收到的消息 ID 和记录的已处理过的消息 ID，来判断当前收到的消息有没有经过处理。如果已经处理过，那么，消费者程序就不再进行处理了。

但是 List 并不会为每个消息生成 ID 号，所以我们需要自行为每个消息生成一个全局唯一ID，生成之后，我们在用 LPUSH 命令把消息插入 List 时，需要在消息中包含这个全局唯一 ID。

例如，我们执行以下命令，就把一条全局 ID 为 111000102、库存量为 99 的消息插入了消息队列：

> LPUSH mq "111000102:stock:99"
(integer) 1

3、如何保证消息可靠性？

当消费者程序从 List 中读取一条消息后，List 就不会再留存这条消息了。所以，如果消费者程序在处理消息的过程出现了故障或宕机，就会导致消息没有处理完成，那么，消费者程序再次启动后，就没法再次从 List 中读取消息了。

为了留存消息，List 类型提供了 BRPOPLPUSH 命令，这个命令的作用是让消费者程序从一个 List 中读取消息，同时，Redis 会把这个消息再插入到另一个 List（可以叫作备份 List）留存。

这样一来，如果消费者程序读了消息但没能正常处理，等它重启后，就可以从备份 List 中重新读取消息并进行处理了。

好了，到这里可以知道基于 List 类型的消息队列，满足消息队列的三大需求（消息保序、处理重复的消息和保证消息可靠性）。

• 消息保序：使用 LPUSH + RPOP；
• 阻塞读取：使用 BRPOP；
• 重复消息处理：生产者自行实现全局唯一 ID；
• 消息的可靠性：使用 BRPOPLPUSH

但是，在用 List 做消息队列时，如果生产者消息发送很快，而消费者处理消息的速度比较慢，这就导致 List 中的消息越积越多，给 Redis 的内存带来很大压力。

要解决这个问题，就要启动多个消费者程序组成一个消费组，一起分担处理 List 中的消息。但是，List 类型并不支持消费组的实现。

Redis 从 5.0 版本开始提供的 Stream 数据类型了，Stream 同样能够满足消息队列的三大需求，而且它还支持「消费组」形式的消息读取。