二、List（列表）
1、List 数据结构的必要性
List 是一种有序的数据结构，可以按顺序存储多个字符串。它的主要特点如下：
- 有序性：List 中的元素是有序的，可以通过索引访问。
- 双向操作：List 支持从两端进行操作（如插入和删除），非常灵活。
- 多用途：List 可以用作队列（FIFO）和栈（LIFO），适用于多种场景。
在实际应用中，List 非常适合用于需要保持顺序的数据存储，例如任务队列、聊天记录、时间线等。由于 Redis 的高性能特点，List 还可以处理大量的数据读写操作。
2、List 的底层实现
在 Redis 中，List 有两种底层实现方式：
- 压缩列表（ziplist）
- 快速列表（quicklist）
2.1 压缩列表（ziplist）
压缩列表是一种为节省内存而设计的紧凑型双向链表。它通过将多个元素压缩存储在一个连续的内存块中，减少了内存碎片，提高了内存利用率。
结构：
typedef struct {uint32_t zlbytes; // ziplist 占用的总字节数uint32_t zltail; // ziplist 表尾节点的偏移量uint16_t zlen; // ziplist 中节点的数量unsigned char entries[]; // 数据项
} ziplist;
每个数据项（entry）包含：
prevrawlen：前一个数据项的长度len：当前数据项的长度data：实际存储的数据
压缩列表通过紧凑的内存布局来节省空间，非常适合存储少量数据或小数据量的场景。然而，由于压缩列表的连续内存结构，在插入和删除操作时需要移动大量数据，时间复杂度较高。
2.2 快速列表（quicklist）
为了弥补压缩列表在插入和删除操作上的不足，Redis 3.2 引入了快速列表（quicklist）。快速列表结合了压缩列表和双向链表的优点，是一种用于实现列表（List）类型的高效数据结构。每个快速列表节点（quicklistNode）包含一个压缩列表，实现了数据的紧凑存储和高效操作。
结构：
typedef struct quicklist {quicklistNode *head; // 快速列表头节点quicklistNode *tail; // 快速列表尾节点unsigned long count; // 快速列表中的节点数量unsigned long len; // 快速列表中的元素数量int fill : QL_FILL_BITS; // 填充因子unsigned int compress : QL_COMP_BITS; // 压缩深度quicklistBookmark bookmarks[]; // 书签
} quicklist;typedef struct quicklistNode {struct quicklistNode *prev; // 前一个节点struct quicklistNode *next; // 后一个节点unsigned char *zl; // 压缩列表unsigned int sz; // 压缩列表大小unsigned int count : 16; // 节点中元素数量unsigned int encoding : 2; // 编码类型unsigned int container : 2; // 容器类型unsigned int recompress : 1; // 重新压缩标志unsigned int attempted_compress : 1; // 尝试压缩标志unsigned int extra : 10; // 额外空间
} quicklistNode;
快速列表通过将多个压缩列表节点（quicklistNode）连接成一个双向链表，使得在两端进行插入和删除操作非常高效。同时，压缩列表的紧凑存储方式也能保证较高的内存利用率。
3、List 的常用操作
Redis 提供了丰富的 List 操作命令，包括插入、删除、获取和修剪等操作。
插入操作
LPUSH key value [value ...]：在列表的左端插入一个或多个值。该命令会将一个或多个值插入到列表的左端（头部）。RPUSH key value [value ...]：在列表的右端插入一个或多个值。该命令会将一个或多个值插入到列表的右端（尾部）。
删除操作
LPOP key：移除并返回列表的左端元素。该命令会移除并返回列表头部的元素。RPOP key：移除并返回列表的右端元素。该命令会移除并返回列表尾部的元素。
获取操作
LINDEX key index：获取列表中指定索引的元素。该命令会返回列表中指定索引的元素。LRANGE key start stop：获取列表中指定范围的元素。该命令会返回指定范围内的元素，start 和 stop 为索引。
修剪操作
LTRIM key start stop：对列表进行修剪，只保留指定范围内的元素。该命令会将列表修剪到指定范围之外的元素都会被删除。
4、List 的实现细节
创建 List 对象
robj *createQuicklistObject(void) {quicklist *l = quicklistCreate();robj *o = createObject(OBJ_LIST, l);o->encoding = OBJ_ENCODING_QUICKLIST;return o;
}
创建 quicklist 对象
quicklist *quicklistCreate(void) {struct quicklist *quicklist;quicklist = zmalloc(sizeof(*quicklist));quicklist->head = quicklist->tail = NULL;quicklist->len = 0;quicklist->count = 0;quicklist->compress = 0;quicklist->fill = -2; // 默认填充因子quicklist->bookmark_count = 0;return quicklist;
}
创建 quicklistNode 对象
quicklistNode *quicklistCreateNode(void) {quicklistNode *node;node = zmalloc(sizeof(*node));node->prev = node->next = NULL;node->zl = NULL;node->sz = 0;node->count = 0;node->encoding = 0;node->container = 0;node->recompress = 0;node->attempted_compress = 0;node->extra = 0;return node;
}
压缩列表与快速列表的结合
// 创建一个新的 quicklist 对象
quicklist *quicklist = quicklistCreate();// 创建一个新的 quicklistNode 对象
quicklistNode *node = quicklistCreateNode();// 为 quicklistNode 分配一个新的压缩列表
node->zl = ziplistNew();
node->sz = ziplistBlobLen(node->zl);// 将 node 插入到 quicklist 中
quicklist->head = node;
quicklist->tail = node;
quicklist->len = 1;
quicklist->count = ziplistLen(node->zl);
5、使用示例
以下是一些使用 Redis List 的示例，展示了如何利用 List 进行数据的存储和操作。
插入数据
LPUSH mylist "world"
# (integer) 1LPUSH mylist "hello"
# (integer) 2
获取数据
LRANGE mylist 0 -1
# 1) "hello"
# 2) "world"
删除数据
LPOP mylist
# "hello"LRANGE mylist 0 -1
# 1) "world"
结论
通过上述解析，我们可以更好地理解 List 的设计思想和实现原理，从而在实际开发中更好地利用 List 提供的优势。在 Redis 中，List 通过压缩列表和快速列表的结合，实现了高效的存储和操作，适用于多种场景如队列、栈和消息列表等。了解这些优化策略，可以帮助我们在实际应用中更好地利用 Redis 的性能和功能。
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