【redis使用及数据结构篇】——List

lans_g

已于 2022-05-05 11:57:52 修改

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分类专栏： redis 文章标签：数据结构 list redis

于 2022-05-03 17:08:37 首次发布

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本文详细介绍了Redis List类型的基本用法，包括添加、删除、索引访问、长度获取、修剪等操作，同时深入剖析了其3.0链表和3.0之后quicklist的底层结构，优缺点及应用场景。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

其他几种数据类型：
【String类型使用及底层结构】
【hash类型使用及底层结构】
【set类型使用及底层结构】
【Zset类型使用及底层结构】

一、基本用法

List，也就是列表，其中的元素可以重复。

所有的list命令都是用l开头的

##添加元素 lpush  rpush

127.0.0.1:6379> lpush list one two three      #将一个值或者多个值，插入到列表头部(左)
(integer) 3
127.0.0.1:6379> lrange list 0 -1			 #通过区间获取list中的值
1) "three"
2) "two"
3) "one"
127.0.0.1:6379> rpush list four				#将一个值或者多个值，插入到列表尾部(右)
(integer) 4
127.0.0.1:6379> lrange list 0 -1
1) "three"
2) "two"
3) "one"
4) "four"

##删除元素  lpop   rpop
127.0.0.1:6379> lpop list                   #从左边弹出元素
"three"
127.0.0.1:6379> rpop list					#从右边弹出元素
"four"
127.0.0.1:6379> lrange list 0 -1
1) "two"
2) "one"

##通过下标获取list中的值    linde
127.0.0.1:6379> lindex list 1                #获取下标为1的值
"one"

##返回列表长度    llen  
127.0.0.1:6379> llen list
(integer) 2

##移除指定的值   lrem
127.0.0.1:6379> lrange list 0 -1
1) "four"
2) "three"
3) "one"
127.0.0.1:6379> lrem list 1 one
(integer) 1
127.0.0.1:6379> lrange list 0 -1
1) "four"
2) "three"


##修剪     ltrim
127.0.0.1:6379> lpush list1 hello hello1 hello2 hello3
(integer) 4
127.0.0.1:6379> ltrim list1 1 2				#只保留list1中区间1-2的数据，list1已经改变
OK
127.0.0.1:6379> lrange list1 0 -1
1) "hello2"
2) "hello1"

##先移除一个元素后把移除的元素添加到别的list   rpoplpush
127.0.0.1:6379> lrange list1 0 -1
1) "hello4"
2) "hello3"
3) "hello2"
4) "hello1"
127.0.0.1:6379> rpoplpush list1 list2     #弹出list1右边第一个元素，把该元素push进list2
"hello1"
127.0.0.1:6379> lrange list1 0 -1
1) "hello4"
2) "hello3"
3) "hello2"
127.0.0.1:6379> lrange list2 0 -1
1) "hello1"
127.0.0.1:6379>

##设置对应下标的值   lset
127.0.0.1:6379> lrange list2 0 -1
1) "hello1"
127.0.0.1:6379> lset list2 0 hello
OK
127.0.0.1:6379> lrange list2 0 -1
1) "hello"
127.0.0.1:6379> lset list2 1 hi			#不能对不存在的key进行设置
(error) ERR index out of range
127.0.0.1:6379>

#往某一个元素前面/后面插入值    linsert list before/after
127.0.0.1:6379> lrange list2 0 -1
1) "hello"
127.0.0.1:6379> linsert list2 after hello world    #往hello元素的后面插入world值
(integer) 2
127.0.0.1:6379> lrange list2 0 -1
1) "hello"
2) "world"
127.0.0.1:6379>

二、底层结构

在redis3.0中，List的底层是通过双向链表和压缩列表来实现的，但是由于C 语言本身没有链表这个数据结构的，所以 Redis 自己设计了一个链表数据结构。在3.0之后，List是通过quicklist来实现的。（由于hash类型中也用到了压缩列表，所以压缩列表放到那一章中）

1.结构设计（3.0链表）

typedef struct listNode {
    //前置节点
    struct listNode *prev;
    //后置节点
    struct listNode *next;
    //节点的值
    void *value;
} listNode;

因为有前置节点和后置节点，所以可以看出这是一个双向链表。不过，Redis 在 listNode 结构体基础上又封装了 list 这个数据结构，这样操作起来会更方便。

typedef struct list {
    //链表头节点
    listNode *head;
    //链表尾节点
    listNode *tail;
    //节点值复制函数
    void *(*dup)(void *ptr);
    //节点值释放函数
    void (*free)(void *ptr);
    //节点值比较函数
    int (*match)(void *ptr, void *key);
    //链表节点数量
    unsigned long len;
} list;

list中提供了链表的头节点、尾节点、链表数量以及一些可以自定义实现的函数。加了list之后的结构是这样的。

2.结构优缺点

优点：

获取一个节点的前置节点、后置节点，以及获取链表的头节点和尾节点的时间复杂度都是O（1）。
获取链表长度的时间复杂度是O（1）。
listNode 链表节使用 void* 指针保存节点值，并且可以通过 list 结构的 dup、free、match 函数指针为节点设置该节点类型特定的函数，因此链表节点可以保存各种不同类型的值

缺点：

链表节点之间的内存是不连续的，所以无法很好利用 CPU 缓存。
当数据比较少时，比如只有一个节点，也需要一个链表节点结构头（list）的分配，内存开销较大。因此，List 对象在数据量比较少的情况下，会采用压缩列表作为底层数据结构的实现。

3.结构设计（3.0之后quicklist）

quicklist 的结构体跟链表的结构体类似，都包含了表头和表尾，区别在于 quicklist 的节点是 quicklistNode。

typedef struct quicklist {
    //quicklist的链表头
    quicklistNode *head;      //quicklist的链表头
    //quicklist的链表头
    quicklistNode *tail; 
    //所有压缩列表中的总元素个数
    unsigned long count;
    //quicklistNodes的个数
    unsigned long len;       
    ...
} quicklist;

quicklistNode 的结构定义：

typedef struct quicklistNode {
    //前一个quicklistNode
    struct quicklistNode *prev;     //前一个quicklistNode
    //下一个quicklistNode
    struct quicklistNode *next;     //后一个quicklistNode
    //quicklistNode指向的压缩列表
    unsigned char *zl;              
    //压缩列表的的字节大小
    unsigned int sz;                
    //压缩列表的元素个数
    unsigned int count : 16;        //ziplist中的元素个数 
    ....
} quicklistNode;