Redis内存优化——List类型介绍及底层原理详解

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前言

Redis是一种高性能的键值型数据库，它支持多种数据结构，其中一种是list类型。list类型可以存储一个有序的字符串列表，类似于Java中的LinkedList或Python中的list。list类型的优点是可以在列表的两端进行快速的插入和删除操作，支持阻塞和非阻塞的读取方式。

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List

概述

list 是一个有序的字符串列表，它按照插入顺序排序，并且支持在两端插入或删除元素。一个 list 类型的键最多可以存储 2^32 - 1 个元素。

redis3.2以后，list 类型的底层实现只有一种结构，就是quicklist。版本不同时，底层实现是不同的，下面会讲解。

应用场景

list 类型的应用场景主要是实现队列和栈，比如：

• 消息队列，利用 lpush 和 rpop 命令实现生产者消费者模式。
• 最新消息，利用 lpush 和 ltrim 命令实现固定长度的时间线。
• 历史记录，利用 lpush 和 lrange 命令实现浏览记录或者搜索记录。

底层原理

在讲解list结构之前，需要先说明一下list结构编码的更替，如下

• 在Redis3.2之前，list使用的是linkedlist和ziplist
• 在Redis3.2~Redis7.0之间，list使用的是quickList，是linkedlist和ziplist的结合
• 在Redis7.0之后，list使用的也是quickList，只不过将ziplist转为listpack，它是listpack、linkedlist结合版

linkedlist与ziplist

在Redis3.2之前，linkedlist和ziplist两种编码可以选择切换，它们之间的转换关系如图

ziplist转为linkedlist的条件可在redis.conf配置

list-max-ziplist-entries 512
list-max-ziplist-value 64

quickList（ziplist、linkedlist结合版）

quicklist存储了一个双向列表，每个列表的节点是一个ziplist，所以实际上quicklist并不是一个新的数据结构，它就是linkedlist和ziplist的结合，然后被命名为快速列表。

ziplist内部entry个数可在redis.conf配置

list-max-ziplist-size -2
# -5: 每个ziplist最多为 64 kb  <-- 影响正常负载，不推荐
# -4: 每个ziplist最多为 32 Kb  <-- 不推荐
# -3: 每个ziplist最多为 16 Kb  <-- 最好不要使用
# -2: 每个ziplist最多为 8 Kb   <-- 好
# -1: 每个ziplist最多为 ![请添加图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/2f226105c23d4249ac727b7dc2b172f5.png)
4 Kb   <-- 好
# 正数为ziplist内部entry个数

ziplist通过特定的LZF压缩算法来将节点进行压缩存储，从而更进一步的节省空间，而很多场景都是两端元素访问率最高，我们可以通过配置list-compress-depth来排除首尾两端不压缩的entry个数。

list-compress-depth 0
# - 0：不压缩（默认值）
# - 1：首尾第 1 个元素不压缩
# - 2：首位前 2 个元素不压缩
# - 3：首尾前 3 个元素不压缩
# - 以此类推

quickList（listpack、linkedlist结合版）

和Hash结构一样，因为ziplist有连锁更新问题，redis7.0将ziplist替换为listpack，下面是新quickList的结构图

Redis中listpack源码

typedef struct quicklist {
    quicklistNode *head;
    quicklistNode *tail;
    unsigned long count;        /* 所有列表包中所有条目的总数，占用16 bits，最大65536 */
    unsigned long len;          /* quicklistNode 的数量 */
    signed int fill : QL_FILL_BITS;       /* 单个节点的填充因子 */
    unsigned int compress : QL_COMP_BITS; /* 不压缩的端节点深度；0=off */
    unsigned int bookmark_count: QL_BM_BITS;
    quicklistBookmark bookmarks[];
} quicklist;

typedef struct quicklistNode {
    struct quicklistNode *prev;
    struct quicklistNode *next;
    unsigned char *entry;
    size_t sz;             /* 当前entry占用字节 */
    unsigned int count : 16;     /* listpack元素个数，最大65535 */
    unsigned int encoding : 2;   /* RAW==1 or LZF==2 */
    unsigned int container : 2;  /* PLAIN==1 or PACKED==2 */
    unsigned int recompress : 1; /* 当前listpack是否需要再次压缩 */
    unsigned int attempted_compress : 1; /* 测试用 */
    unsigned int extra : 10; /* 备用 */
} quicklistNode;

listpack内部entry个数可在redis.conf配置

List-Max-listpack-size -2
# -5: 每个listpack最多为 64 kb  <-- 影响正常负载，不推荐
# -4: 每个listpack最多为 32 Kb  <-- 不推荐
# -3: 每个listpack最多为 16 Kb  <-- 最好不要使用
# -2: 每个listpack最多为 8 Kb   <-- 好
# -1: 每个listpack最多为 4 Kb   <-- 好
# 正数为listpack内部entry个数

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总结

Redis list类型是一种可以存储一个有序的字符串列表的数据结构，它有以下特点：

• 可以在列表的两端进行快速的插入和删除操作，支持阻塞和非阻塞的读取方式
• 可以根据索引或范围来获取列表中的元素，支持反向遍历和排序等操作
• 可以用作栈、队列、消息队列等场景

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