Redis中的List数据类型

Redis List 是什么

在redis中， List类型是字符串列表，按照插入顺序排序，可以从头部或尾部向list中添加元素，一个list类型的列表最多可以存储2^32-1个元素。

在Redis中，可以对列表的两端插入和弹出，还可以获取指定范围的元素列表，获取指定索引下标的元素，可以充当栈和队列的角色。

列表有以下特点：

• 列表中的元素是按照插入顺序排序的

• 列表中的元素是可以重复的

list的底层结构

list的底层结构由quicklist(快速链表)组成，他的本质上是一个双向链表，但是他的每一个节点中存储了一个listpack(紧凑列表)，我们分别来介绍：

listpack

listpack是一块连续的空间，作为一个数组用来紧凑的存储序列化的字符串或者数字，他的结构由三个字段组成：

• encoding： 表示content的编码，有字符串编码和整数编码两种

• content： 表示实际存储的内容

• length：表示当前节点的总长度，被放在了当前节点的最后。

我们从一个例子中来理解ListPack结构，

LPUSH animals 1, dog, cat

我们往animals这个list中 push了 1，dog，cat。 那么在链表中就构建了 cat，dog，1 顺序的链表，想一想，他用了几个listpack存储了这三个元素？三个还是一个listpack？

答案是指用了1个listpack来存储这三个元素。那么这三个元素在listpack中是如何存储的呢？

我们先来看1这个元素，encoding对整数编码有3类，分别是：

• 7位小整数：encoding占用1字节，以0开头，剩下7位用来存储数据，因此可以存储0～127范围内的数据，同时这意味着content为空，因为数据直接存储在encoding中了

• 13位整数：encoding占用2字节，content依然被设置为0字节。

• 16/24/32/64位整数：那么就是encoding占1字节，content分别占用不同字节的空间。

那么1这个元素是7位小整数，所以他的encoding占8位，1字节，然后他的length也占用8位，也是1字节，那么这就是1元素在listpack的存储形式。

接下来我们看dog和cat这两个元素，encoding对给字符串分成了3类，分别是

• 短字符串：encoding占1字节，前两位是10，后六位用来表示字符串的长度（最大可表示63字节）

• 中字符串：encoding占2个字节，前四位是1110，后面12位记录字符串的长度（最大4095字节）

• 长字符串：encoding占5个字节，编码占用1字节的固定前缀，后面四个字节表示字符串的长度（最大4GB的字符串）

那么dog和cat两个元素都是短字符串，都占用3个字节。那么就是encoding占用1字节，content占用3字节，length占用1字节。

他们三个元素按照顺序，紧紧存放在一个listpack中。 那么一个listpack可以存放多少个字符串呢？他的大小由list-max-listpack-size 来控制，默认为-2代表每个listpack占用的总内存不超过8kb

quicklist

我们上面讲过，quicklist是由listpack组成的双向链表。quicklist中有四个字段需要注意：

• head和tail：分别指向链表的头节点和尾节点

• count：所有节点的Entry总数（即所有listpack中存储的所有字符串的个数）

• len：节点的数量

quicklist的节点的结构是一个叫做quicklistnode的结构体，他也有几个字符需要注意：

• prev和next：双向链表指针，分别指向前一个和后一个节点

• zl：指向listpack的指针

• sz：记录这个listpack占用率多少字节的内存

• count：记录这个listpack一共塞了多少个entry（元素）

那么我们已经知道里quicklist实际上就是由listpack组成的双向链表，那么数据是如何push进去的呢？我们前面讲过listpack也是可以存入多个元素的，还记得吗？

那么还按照我们上面的例子讲解：在LPUSH的时候，找到list的head节点，观察head节点中的listpack是否超过8kb（默认配置），如果没有超过，那么redis不会创建新的quicklistnode，而是给元素存入同一个listpack中，也就是我们上面讲的，cat，dog，1都在一个listpack中。

如果超了那么就要创建一个新的quicklistnode了，Redis 会把全局的 head 指向这个新节点，并把新节点的 next 指针与旧 head 节点连起来（旧节点的 prev 指向新节点）。

所以对于list的LPUSH和RPUSH也就是意味着从head还是从tail中操作数据

常用命令

• LPUSH key [value...] 将一个值或者多个值按照顺序插入key的最左边

• RPUSH key [value...] 将一个值或者多个值按照顺序插入key的最右边

• LPOP key 移除并返回最左边的数据

• RPOP key 移除并返回最右边的数据

• LRANGE key start stop： 返回列表中key中指定区域内的元素

• BLPOP key [key...] timeout: 从key列表中 左边弹出一个元素，如果没有就阻塞timeout秒

• BRPOP key [key...] timeout: 从key列表中 右边弹出一个元素，如果没有就阻塞timeout秒

应用场景

消息队列：因为 List 是严格按照顺序存储的，可以利用 LPUSH 生产者写入，RPOP（或阻塞版本的 BRPOP）消费者读取，天然实现先进先出（FIFO）的队列模式。虽然大型分布式系统更倾向于使用 Kafka 或 RabbitMQ，但对于中小型、轻量级的异步任务，Redis List 是一种极低成本且高效的消息队列实现方案。