Redis List，你真的了解吗？

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我们上周已经经过了String的面试，相信大家对String也有了基本的认知。

我们知道，一个字符串可以用String表示，那么如果有成群结队的String，又用什么数据结构来表示呢？

今天我们就来认识一下这个数据结构——List。

1.是什么？

Redis List是一组连接起来的字符串集合。

1.1 有什么限制

List大元素个数是 2^32 - 1 (4,294,967,295)。

2.适用场景

List作为一个列表存储，属于比较底层的数据结构，可以使用的场景非常多，比如存储一批任务数据，存储一批消息等。

3. 常用操作

常用操作还是聚焦于创建、查询、更新和删除。

创建即产生一个List对象，一般用LPUSH、RPUSH，分别对应从左侧进队列和右侧进队列。

对于查询，可以用LRANGE来进行范围查询，可以用LLEN查询元素个数。

更新的话，对列表对象而言就是追加元素、删除元素等操作，涉及LPUSH, LPOP, RPUSH, RPOP等操作。

删除就是针对List对象本身的生成和销毁，用DEL命令。

下面是一些常用命令的例子。

3.1 写操作

3.1.1 LPUSH

语法：LPUSH key value [value ...]

功能：从头部增加元素，返回值为List中元素的总数。

127.0.0.1:6379> LPUSH listniuniu s1 s2 s3(integer) 3
127.0.0.1:6379> LPUSH listniuniu s4(integer) 4

s4是第二个命令插入的，插入之后它就在List头部，此时List结构如下：

3.1.2 RPUSH

语法：RPUSH key value [value ...]

功能：从尾部增加元素，返回值为List中元素的总数。

127.0.0.1:6379> RPUSH listniuniu s5(integer) 5

s5是用RPUSH命令插入的，插入之后它就在List尾部，此时List结构如下：

3.1.3  LPOP

语法：LPOP key

功能：移出并获取列表的个元素。

127.0.0.1:6379> LPOP listniuniu"s4"

s4从List中移除，此时List结构如下：

3.1.4 RPOP

语法：RPOP key

功能：移出并获取列表的后一个元素。

127.0.0.1:6379> RPOP listniuniu"s5"

s5从List中移除，此时List结构如下：

3.1.5 DEL

语法：DEL key [key ...]

功能：删除对象，返回值为删除成功了几行。

127.0.0.1:6379> DEL listniuniu(integer) 1

3.2 读操作

我们使用如下命令，构造集合用于读操作的学习：

127.0.0.1:6379> DEL listniuniu(integer) 1127.0.0.1:6379> LPUSH listniuniu s1 s2 s3(integer) 3

执行完成之后，数据如下：

3.2.1 LLEN

语法：LLEN key

功能：查看List的长度，即List中元素的总数。

127.0.0.1:6379> LLEN listniuniu(integer) 3

3.2.2 LRANGE

语法：LRANGE key start stop

功能：查看start到stop为角标的元素。

127.0.0.1:6379> LRANGE listniuniu 0 11) "s3"2) "s2"

start、stop如果为负数，表示倒数第几个元素：

127.0.0.1:6379> LRANGE listniuniu -2 -11) "s2"2) "s1"

4.底层实现

4.1 编码方式

3.2版本之前，List对象有两种编码方式，一种ZIPLIST，另一种是LINKEDLIST。

当满足如下条件时，用ZIPLIST编码：

1.列表对象保存的所有字符串对象长度都小于64字节；

2.列表对象元素个数少于512个。

ZIPLIST底层用压缩列表实现，这里我们假设列表中包含"hello"、"niuniu"、 "mart"三个元素，ZIPLIST编码示意如下：

可以看到，"hello"、“niuniu"、"mart"都挨在一起，正如其名字一样，ZIPLIST内存排列得很紧凑，可以有效节约内存空间。

其它几个数据字段我们这里可以先不关心，下一节会详细讲解ZIPLIST的结构，目前我们只需要能宏观理解压缩列表的数据是紧凑相连的即可。

如果不满足ZIPLIST编码的条件，则使用LINKEDLIST编码。为了便于描述，我们还是假设列表中包含"hello"、"niuniu"、"mart"三个元素，如果用LINKEDLIST编码，则是几个String对象的链接结构，结构示意图如下：

可以看到，"hello"、"niuniu"、"mart" 这几个数据是以链表的形式连接在一起，实际上删除更为灵活，但是内存不如ZIPLIST紧凑，所以只有在列表个数或节点数据长度比较大的时候，才会使用LINKEDLIST编码，以加快处理性能，一定程度上牺牲了内存。

4.2 QUICKLIST横空出世

上面的分析有说到，ZIPLIST是为了在数据较少时节约内存，LINKEDLIST是为了数据多时方便查询。

但如果节点非常多的情况，LINKEDLIST链表的节点就很多，会占用不少的内存。

这种情况有没有办法优化呢？

3.2版本就引入了QUICKLIST。QUICKLIST其实就是ZIPLIST和LINKEDLIST的结合体。

LINKEDLIST原来是单个节点，只能存一个数据，现在单个节点存的是一个ZIPLIST，即多个数据。

这种方案其实是用ZIPLIST、LINKEDLIST综合的结构，取代二者本身。

当数据较少的时候，QUICKLIST的节点就只有一个，此时其实相当于就是一个ZIPLIST；

当数据很多的时候，则同时利用了ZIPLIST和LINKEDLIST的优势。

4.3 ZIPLIST优化

ZIPLIST本身存在一个连锁更新的问题，所以Redis 7.0之后，使用了LISTPACK的编码模式取代了ZIPLIST，而他们其实本质都是一种压缩的列表，所以其实可以统一叫做压缩列表。

ZIPLIST的细节，以及LISTPACK是怎么优化的，我们将在下一节介绍。

总结

List是Redis中的列表实现，它是一个可双端操作的对象，编码的底层数据结构涉及ZIPLIST和LINKEDLIST。

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