redis中list類型及相關指令詳解

一、概述​​：

在Redis中，List類型是依照插入順序排序的字串鍊錶。就像資料結構中的普通鍊錶一樣，我們可以在其頭部(left)和尾部(right)加入新的元素。在插入時，如果該鍵並不存在，Redis將為該鍵建立一個新的鍊錶。 （建議：redis影片教學）

與此相反，如果鍊錶中所有的元素都被移除，那麼該鍵也會被從資料庫中刪除。 List中可以包含的最大元素數量是4294967295。

從元素插入和刪除的效率視角來看，如果我們是在鍊錶的兩頭插入或刪除元素，這將會是非常高效的操作，即使鍊錶中已經存儲了百萬條記錄，該操作也可以在常量時間內完成。

然而需要說明的是，如果元素插入或刪除操作是作用於鍊錶中間，那將會是非常低效的。相信對於有良好資料結構基礎的開發者而言，這一點並不難理解。

二、相關指令清單：

指令原型	時間複雜度	指令描述	傳回值
LPUSH key value [value ...]	O(1)	#在指定Key所關聯的List Value的頭部插入參數中給出的所有Values。如果該Key不存在，則該指令將在插入之前建立一個與該Key關聯的空鍊錶，之後再將資料從鍊錶的頭部插入。如果該鍵的Value不是鍊錶類型，則該指令將傳回相關的錯誤訊息。	插入後鍊錶中元素的數量。
LPUSHX key value	O(1)	只有當參數中指定的Key存在時，該指令才會在其所關聯的List Value的頭部插入參數中給出的Value，否則將不會有任何操作發生。	插入後鍊錶中元素的數量。
LRANGE key start stop	O(S N)	時間複雜度中的S為start參數表示的偏移量，N表示元素的數量。此指令的參數start和end都是0-based。即0表示鍊錶頭部(leftmost)的第一個元素。其中start的值也可以為負值，-1將表示鍊錶中的最後一個元素，即尾部元素，-2表示倒數第二個並以此類推。指令在取得元素時，start和end位置上的元素也會被取出。如果start的值大於鍊錶中元素的數量，空鍊錶將會被傳回。如果end的值大於元素的數量，則指令則取得從start(包括start)開始，鍊錶中剩餘的所有元素。	傳回指定範圍內元素的清單。
LPOP key	O(1)	傳回並彈出指定Key關聯的鍊錶中的第一個元素，即頭部元素， 。如果該Key不存，回傳nil。	鍊錶頭部的元素。
LLEN key	O(1)	#傳回指定Key關聯的鍊錶中元素的數量，如果該Key不存在，則傳回0 。如果與該Key關聯的Value的類型不是鍊錶，則傳回相關的錯誤訊息。	鍊錶中元素的數量。
LREM key count value	O(N)	時間複雜度中N表示鍊錶中元素的數量。在指定Key關聯的鍊錶中，刪除前count個值等於value的元素。如果count大於0，從頭到尾遍歷並刪除，如果count小於0，則從尾向頭遍歷並刪除。如果count等於0，則刪除鍊錶中所有等於value的元素。如果指定的Key不存在，則直接傳回0。	傳回已刪除的元素數量。
LSET key index value	O(N)	#時間複雜度中N表示鍊錶中元素的數量。但是設定頭部或尾部的元素時，其時間複雜度為O(1)。設定鍊錶中指定位置的值為新值，其中0表示第一個元素，即頭部元素，-1表示尾部元素。如果索引值Index超出了鍊錶中元素的數量範圍，則該指令將傳回相關的錯誤訊息。
LINDEX key index	O(N)	時間複雜度中N表示在找到該元素時需要遍歷的元素數量。對於頭部或尾部元素，其時間複雜度為O(1)。此指令將傳回鍊錶中指定位置(index)的元素，index為0-based，表示頭部元素，如果index為-1，表示尾部元素。如果與該Key關聯的不是鍊錶，則該指令將傳回相關的錯誤訊息。	傳回請求的元素，如果index超出範圍，則傳回nil。
LTRIM key start stop	O(N)	N表示刪除的元素數量。此命令將僅保留指定範圍內的元素，從而確保連結中的元素數量相對恆定。 start和stop參數都是0-based，0表示頭部元素。和其他指令一樣，start和stop也可以為負值，-1表示尾部元素。如果start大於鍊錶的尾部，或start大於stop，則該指令不錯報錯，而是傳回一個空的鍊錶，同時該Key也會被刪除。如果stop大於元素的數量，則保留從start開始剩餘的所有元素。
LINSERT key BEFORE|AFTER pivot value	O(N)	時間複雜度中N表示在找到該元素pivot之前需要遍歷的元素數量。這樣意味著如果pivot位於鍊錶的頭部或尾部時，則該指令的時間複雜度為O(1)。此指令的功能是在pivot元素的前面或後面插入參數中的元素value。如果Key不存在，該指令將不執行任何操作。如果與Key關聯的Value類型不是鍊錶，相關的錯誤訊息將會傳回。	成功插入後鍊錶中元素的數量，如果沒有找到pivot，回傳-1，如果key不存在，回傳0。
RPUSH key value [value ...]	#O(1)	在指定Key所關聯的List Value的尾部插入參數中給出的所有Values。如果該Key不存在，則該指令將在插入之前建立一個與該Key關聯的空鍊錶，之後再將資料從鍊錶的尾部插入。如果該鍵的Value不是鍊錶類型，則該指令將傳回相關的錯誤訊息。	插入後鍊錶中元素的數量。
RPUSHX key value	O(1)	#只有當參數中指定的Key存在時，該指令才會在其所關聯的List Value的尾部插入參數中給出的Value，否則將不會有任何操作發生。	插入後鍊錶中元素的數量。
RPOP key	O(1)	傳回並彈出指定Key關聯的鍊錶中的最後一個元素，即尾部元素，。如果該Key不存，回傳nil。	鍊錶尾部的元素。
RPOPLPUSH source destination	O(1)	原子性的從與source鍵關聯的鍊錶尾端彈出一個元素，同時再將彈出的元素插入到與destination鍵關聯的鍊錶的頭部。如果source鍵不存在，則指令將傳回nil，同時不再做任何它的操作了。如果source和destination是同一個鍵，則相當於原子性的將其關聯鍊錶中的尾部元素移到該鍊錶的頭部。	傳回彈出和插入的元素。

三、指令範例：

1、LPUSH/LPUSHX/LRANGE:

 /> redis-cli    #在Shell提示符下启动redis客户端工具。
    redis 127.0.0.1:6379> del mykey
    (integer) 1
    #mykey键并不存在，该命令会创建该键及与其关联的List，之后在将参数中的values从左到右依次插入。
    redis 127.0.0.1:6379> lpush mykey a b c d
    (integer) 4
    #取从位置0开始到位置2结束的3个元素。
    redis 127.0.0.1:6379> lrange mykey 0 2
    1) "d"
    2) "c"
    3) "b"
    #取链表中的全部元素，其中0表示第一个元素，-1表示最后一个元素。
    redis 127.0.0.1:6379> lrange mykey 0 -1
    1) "d"
    2) "c"
    3) "b"
    4) "a"
    #mykey2键此时并不存在，因此该命令将不会进行任何操作，其返回值为0。
    redis 127.0.0.1:6379> lpushx mykey2 e
    (integer) 0
    #可以看到mykey2没有关联任何List Value。
    redis 127.0.0.1:6379> lrange mykey2 0 -1
    (empty list or set)
    #mykey键此时已经存在，所以该命令插入成功，并返回链表中当前元素的数量。
    redis 127.0.0.1:6379> lpushx mykey e
    (integer) 5
    #获取该键的List Value的头部元素。
    redis 127.0.0.1:6379> lrange mykey 0 0
    1) "e"

2、LPOP/LLEN:

    redis 127.0.0.1:6379> lpush mykey a b c d
    (integer) 4
    redis 127.0.0.1:6379> lpop mykey
    "d"
    redis 127.0.0.1:6379> lpop mykey
    "c"
    #在执行lpop命令两次后，链表头部的两个元素已经被弹出，此时链表中元素的数量是2
    redis 127.0.0.1:6379> llen mykey
    (integer) 2

3、LREM/LSET/LINDEX/LTRIM:

    #为后面的示例准备测试数据。
    redis 127.0.0.1:6379> lpush mykey a b c d a c
    (integer) 6
    #从头部(left)向尾部(right)变量链表，删除2个值等于a的元素，返回值为实际删除的数量。
    redis 127.0.0.1:6379> lrem mykey 2 a
    (integer) 2
    #看出删除后链表中的全部元素。
    redis 127.0.0.1:6379> lrange mykey 0 -1
    1) "c"
    2) "d"
    3) "c"
    4) "b"
    #获取索引值为1(头部的第二个元素)的元素值。
    redis 127.0.0.1:6379> lindex mykey 1
    "d"
    #将索引值为1(头部的第二个元素)的元素值设置为新值e。
    redis 127.0.0.1:6379> lset mykey 1 e
    OK
    #查看是否设置成功。
    redis 127.0.0.1:6379> lindex mykey 1
    "e"
    #索引值6超过了链表中元素的数量，该命令返回nil。
    redis 127.0.0.1:6379> lindex mykey 6
    (nil)
    #设置的索引值6超过了链表中元素的数量，设置失败，该命令返回错误信息。
    redis 127.0.0.1:6379> lset mykey 6 hh
    (error) ERR index out of range
    #仅保留索引值0到2之间的3个元素，注意第0个和第2个元素均被保留。
    redis 127.0.0.1:6379> ltrim mykey 0 2
    OK
    #查看trim后的结果。
    redis 127.0.0.1:6379> lrange mykey 0 -1
    1) "c"
    2) "e"
    3) "c"

4、LINSERT:

    #删除该键便于后面的测试。
    redis 127.0.0.1:6379> del mykey
    (integer) 1
    #为后面的示例准备测试数据。
    redis 127.0.0.1:6379> lpush mykey a b c d e
    (integer) 5
    #在a的前面插入新元素a1。
    redis 127.0.0.1:6379> linsert mykey before a a1
    (integer) 6
    #查看是否插入成功，从结果看已经插入。注意lindex的index值是0-based。
    redis 127.0.0.1:6379> lindex mykey 0
    "e"
    #在e的后面插入新元素e2，从返回结果看已经插入成功。
    redis 127.0.0.1:6379> linsert mykey after e e2
    (integer) 7
    #再次查看是否插入成功。
    redis 127.0.0.1:6379> lindex mykey 1
    "e2"
    #在不存在的元素之前或之后插入新元素，该命令操作失败，并返回-1。
    redis 127.0.0.1:6379> linsert mykey after k a
    (integer) -1
    #为不存在的Key插入新元素，该命令操作失败，返回0。
    redis 127.0.0.1:6379> linsert mykey1 after a a2
    (integer) 0
    5. RPUSH/RPUSHX/RPOP/RPOPLPUSH:
    #删除该键，以便于后面的测试。
    redis 127.0.0.1:6379> del mykey
    (integer) 1
    #从链表的尾部插入参数中给出的values，插入顺序是从左到右依次插入。
    redis 127.0.0.1:6379> rpush mykey a b c d
    (integer) 4
    #通过lrange的可以获悉rpush在插入多值时的插入顺序。
    redis 127.0.0.1:6379> lrange mykey 0 -1
    1) "a"
    2) "b"
    3) "c"
    4) "d"
    #该键已经存在并且包含4个元素，rpushx命令将执行成功，并将元素e插入到链表的尾部。
    redis 127.0.0.1:6379> rpushx mykey e
    (integer) 5
    #通过lindex命令可以看出之前的rpushx命令确实执行成功，因为索引值为4的元素已经是新元素了。
    redis 127.0.0.1:6379> lindex mykey 4
    "e"
    #由于mykey2键并不存在，因此该命令不会插入数据，其返回值为0。
    redis 127.0.0.1:6379> rpushx mykey2 e
    (integer) 0
    #在执行rpoplpush命令前，先看一下mykey中链表的元素有哪些，注意他们的位置关系。
    redis 127.0.0.1:6379> lrange mykey 0 -1
    1) "a"
    2) "b"
    3) "c"
    4) "d"
    5) "e"
    #将mykey的尾部元素e弹出，同时再插入到mykey2的头部(原子性的完成这两步操作)。
    redis 127.0.0.1:6379> rpoplpush mykey mykey2
    "e"
    #通过lrange命令查看mykey在弹出尾部元素后的结果。
    redis 127.0.0.1:6379> lrange mykey 0 -1
    1) "a"
    2) "b"
    3) "c"
    4) "d"
    #通过lrange命令查看mykey2在插入元素后的结果。
    redis 127.0.0.1:6379> lrange mykey2 0 -1
    1) "e"
    #将source和destination设为同一键，将mykey中的尾部元素移到其头部。
    redis 127.0.0.1:6379> rpoplpush mykey mykey
    "d"
    #查看移动结果。
    redis 127.0.0.1:6379> lrange mykey 0 -1
    1) "d"
    2) "a"
    3) "b"
    4) "c"

四、鍊錶結構的小技巧：

針對鍊錶結構的Value，Redis在其官方文件中給出了一些實用技巧，如RPOPLPUSH指令，以下給出具體的解釋。

Redis鍊錶經常會被用於訊息佇列的服務，以完成多程式之間的訊息交換。

假設一個應用程式正在執行LPUSH操作向鍊錶中添加新的元素，我們通常將這樣的程式稱為"生產者(Producer)"，而另外一個應用程式正在執行RPOP操作從鍊錶中取出元素，我們稱這樣的程式為"消費者(Consumer)"。

如果此時，消費者程式在取出訊息元素後立刻崩潰，由於訊息已經被取出且沒有被正常處理，那麼我們就可以認為該訊息已經遺失，由此可能會導致業務數據遺失，或業務狀態的不一致等現象的發生。

然而透過使用RPOPLPUSH命令，消費者程式在從主訊息佇列中取出訊息之後再將其插入備份佇列中，直到消費者程式完成正常的處理邏輯後再將該訊息從備份佇列中刪除。

同時我們也可以提供一個守護進程，當發現備份佇列中的訊息過期時，可以重新將其再放回主訊息佇列中，以便其它的消費者程式繼續處理。

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