Redis存储⑤Redis五大数据类型之 List 和 Set。

目录

1. List 列表

1.1 List 列表常见命令

1.2 阻塞版本命令

1.3 List命令总结和内部编码

1.4 List典型使用场景

1.4.1 消息队列

1.4.2 分频道的消息队列

1.4.3 微博 Timeline

2. Set 集合

2.1 Set 集合常见命令

2.2 Set 集合间命令

2.3 Set命令小结和内部编码

2.4 Set集合使用场景

本篇完。

1. List 列表

列表两端插入和弹出操作：

        列表类型是用来存储多个有序的字符串，如上图所示，a、b、c、d、e 五个元素从左到右组成了一个有序的列表，列表中的每个字符串称为元素（element），一个列表最多可以存储个元素。

        在 Redis 中，可以对列表两端插入（push）和弹出（pop），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等，如下图所示。

列表的获取、删除等操作：

列表是一种比较灵活的数据结构，它可以充当栈和队列的角色，在实际开发上有很多应用场景。

列表类型的特点：

• 列表中的元素是有序的（指的是顺序很关键，不是指升序 / 降序），这意味着可以通过索引下标获取某个元素或者某个范围的元素列表，例如要获取上图中的第 5 个元素，可以执行 lindex user:1:messages 4 或者倒数第 1 个元素，lindex user:1:messages -1 就可以得到元素 e。
• 区分获取和删除的区别，例如上图中的 lrem 1 b 是从列表中把从左数遇到的前 1 个 b 元素删除，这个操作会导致列表的长度从 5 变成 4；但是执行 lindex 4 只会获取元素，但列表长度是不会变化的。
• 列表中的元素是允许重复的，例如下图中的列表中是包含了两个 a 元素的。

列表中允许有重复元素：

1.1 List 列表常见命令

lpush

将一个或者多个元素从左侧放入（头插）到 list 中。

语法：lpush key element [element ...]

命令有效版本：1.0.0 之后

时间复杂度：只插入一个元素为 O(1)，插入多个元素为 O(N)，N 为插入元素个数。

返回值：插入后 list 的长度。

示例：

前面的序号时专门给结果集使用的序号，和 list 下标无关。

lpushx

在 key 存在时，将一个或者多个元素从左侧放入（头插）到 list 中。不存在，直接返回。

lpushx 指的是：left push exists

语法：lpushx key element [element ...]

命令有效版本：2.0.0 之后

时间复杂度：只插入一个元素为 O(1)，插入多个元素为 O(N)，N 为插入元素个数。

返回值：插入后 list 的长度。

示例：

rpush

将一个或者多个元素从右侧放入（尾插）到 list 中。

语法：rpush key element [element ...]

命令有效版本：1.0.0 之后

时间复杂度：只插入一个元素为 O(1)，插入多个元素为 O(N)，N 为插入元素个数。

返回值：插入后 list 的长度。

示例：

rpushx

在 key 存在时，将一个或者多个元素从右侧放入（尾插）到 list 中。

语法：rpushx key element [element ...] 

命令有效版本：2.0.0 之后

时间复杂度：只插入一个元素为 O(1)，插入多个元素为 O(N)，N 为插入元素个数。

返回值：插入后 list 的长度。

示例：

lrange

获取从 start 到 end 区间的所有元素，左闭右闭（闭区间），下标支持负数。

lrange 指的是：list range

语法：LRANGE key start stop

命令有效版本：1.0.0 之后

时间复杂度：O(N)

返回值：指定区间的元素。

示例：

        Redis 的做法是直接尽可能的获取到给定区间范围内的元素，如果给定区间非法，比如超出下标，就会尽可能的获取对应的内容。

lpop

从 list 左侧取出元素（即头删）。

语法：lpop key 

        Redis 5 版本中在这后面是没有 [count] 参数的，从 Redis 6.2 版本开始，新增了一个 count 参数，用来描述此次要删除几个元素。

命令有效版本：1.0.0 之后

时间复杂度：O(1)

返回值：取出的元素或者 nil。

示例：

rpop

从 list 右侧取出元素（即尾删）。

语法：rpop key

命令有效版本：1.0.0 之后

时间复杂度：O(1)

返回值：取出的元素或者 nil。

示例：

• 搭配使用 rpush 和 lpop 就相当于队列。
• 搭配使用 rpush 和 rpop 就相当于栈。

lindex

获取从左数第 index 位置的元素。

lindex 指的是：list index

语法：lindex key index

命令有效版本：1.0.0 之后

时间复杂度：O(N)

返回值：取出的元素或者 nil。

示例：

linsert

在特定位置插入元素。

语法：linsert key <before | after> pivot element

命令有效版本：2.2.0 之后

时间复杂度：O(N)，N 表示列表长度。

返回值：插入后的 list 长度。

示例：

        insert 进行插入时，要根据基准值找到对应的位置，从左往右找，找到第一个符合基准值的位置即可。如有两个4：

llen

获取 list 长度。

语法：llen key

命令有效版本：1.0.0 之后

时间复杂度：O(1)

返回值：list 的长度。

示例：

lrem

根据参数 count 的值，移除列表中与参数 element 相等的元素。

• count > 0 : 从表头开始向表尾搜索，移除与 element 相等的元素，数量为 count。
• count < 0 : 从表尾开始向表头搜索，移除与 element 相等的元素，数量为 count的绝对值。
• count = 0 : 移除表中所有与 element 相等的值。

语法：lrem key count element

命令有效版本：1.0.0 之后

时间复杂度：O(N)

返回值：被移除元素的数量。 列表不存在时返回 0 。

示例：

ltrim

        Redis 的 Ltrim 对一个列表进行修剪（trim），也就是说，让列表只保留 start 和 stop 区间内（闭区间）的元素，不在区间之内的元素都将被直接删除。

语法：ltrim key start stop

命令有效版本：1.0.0 之后

时间复杂度：O(N)

返回值：命令执行成功时，返回 OK。

示例：

lset

通过索引来设置元素的值。当索引参数超出范围，或对一个空列表进行 LSET 时，返回一个错误。

语法：lset key index element

命令有效版本：1.0.0 之后

时间复杂度：O(N)

返回值：操作成功返回 OK，否则返回错误信息。

示例：

• lindex 可以很好的处理下标越界的情况，直接返回 nil。
• lset 则会报错，不会像 js 一样，直接在 10 这个下标搞出一个元素。

1.2 阻塞版本命令

blpop 和 brpop 是 lpop 和 rpop 的阻塞版本，和对应非阻塞版本的作用基本一致，除了：

• 在列表中有元素的情况下，阻塞和非阻塞表现是一致的。但如果列表中没有元素，非阻塞版本会直接返回 nil，但阻塞版本会根据 timeout 阻塞⼀段时间（使用 blpop 和 brpop 时，这里是可以显示设置阻塞时间的，不一定是无休止的等待），期间 Redis 可以执行其他命令（此处的 blpop 和 brpop 看起来好像耗时很长，但实际上并不会对 Redis 服务器产生负面影响），但要求执行该命令的客户端会表现为阻塞状态（如下图所示）。
• 命令中如果设置了多个键（key），那么会从左向右进行遍历键，一旦有一个键对应的列表中可以弹出元素，命令立即返回。
• 如果多个客户端同时多一个键执行 pop，则最先执行命令的客户端会得到弹出的元素。

阻塞版本的 blpop 和非阻塞版本 lpop 的区别： 

blpop

lpop 的阻塞版本。

语法：blpop key [key ...] timeout

        此处还可以指定超时时间，单位是秒（Redis 6 中，超时时间允许设定成小数，Redis 5 得是整数）。

命令有效版本：1.0.0 之后

时间复杂度：O(1)

返回值：取出的元素或者 nil。

示例：

brpop

rpop 的阻塞版本。

效果和 brpop 类似，只不过这里是头删。

语法：brpop key [key ...] timeout

命令有效版本：1.0.0 之后

时间复杂度：O(1)

返回值：取出的元素或者 nil。

        blpop 和 brpop 这两个阻塞命令的用途主要就是用来作为 “消息队列”。虽然这两个命令可以在一定程度上满足 “消息队列” 这样的需求，但整体来说，功能还是比较有限。 

1.3 List命令总结和内部编码

下表是List命令的作用和时间复杂度：

内部编码

列表类型的内部编码有两种（旧版本，现在已经不再使用，了解即可）：

• ziplist（压缩列表）：当列表的元素个数小于 list-max-ziplist-entries 配置（默认 512 个），同时列表中每个元素的长度都小于 list-max-ziplist-value 配置（默认 64 字节）时，Redis 会选用 ziplist 来作为列表的内部编码实现来减少内存消耗。
• linkedlist（链表）：当列表类型无法满足 ziplist 的条件时，Redis 会使用 linkedlist 作为列表的内部实现。

        现在采用的内部编码都是 quicklist。quicklist 相当于是链表和压缩列表的结合，整体还是一个链表，链表的每个节点是一个压缩列表。每个压缩列表都不让它太大，同时再把多个压缩列表通过链式结构连起来。

1.4 List典型使用场景

1.4.1 消息队列

        如下图所示，Redis 可以使用 lpush + brpop 命令组合实现经典的阻塞式生产者-消费者模型队列，生产者客户端使用 lpush 从列表左侧插入元素，多个消费者客户端使用 brpop 命令阻塞式地从队列中 “争抢” 队首元素。通过多个客户端来保证消费的负载均衡和高可用性。

阻塞消息队列模型：

        brpop 是阻塞操作，当列表为空时，brpop 就会阻塞等待，一直等到其他客户端 push 了元素为止。当新元素到达之后，首先是第一个消费者拿到元素（按照执行 brpop 命令的先后顺序来决定是谁获取到）。第一个消费者拿到元素之后，也就从 brpop 中返回了（相当于这个命令执行完了）。如果第一个消费者还想继续消费，就需要重新执行 brpop，排在最后。此时，再来一个新的元素过来，就是第二个消费者拿到该元素，以此类推。

1.4.2 分频道的消息队列

        如下图所示，Redis 同样使用 lpush + brpop 命令，但通过不同的键模拟频道的概念，不同的消费者可以通过 brpop 不同的键值，实现订阅不同频道的理念。

Redis 分频道阻塞消息队列模型：

        多个列表（channel）/ 频道（topic），这种场景很常见，日常使用的一些程序，比如抖音。有一个通道用来传输短视频数据，还可以有一个通道来传输弹幕，一个通道来传输点赞、转发、收藏数据，一个通道来传输评论数据......弄成多个频道就可以在某种数据发生问题时，不会对其他数据造成影响（解耦合）。

1.4.3 微博 Timeline

        每个用户都有属于自己的 Timeline（微博列表），现需要分页展示文章列表。此时可以考虑使用列表，因为列表不但是有序的，同时支持按照索引范围获取元素。

1. 每篇微博使用哈希结构存储，例如微博中 3 个属性：title、timestamp、content

hmset mblog:1 title xx timestamp 1476536196 content xxxxx
...
hmset mblog:n title xx timestamp 1476536196 content xxxxx

2. 向用户 Timeline 添加微博，user:<uid>:mblogs 作为微博的键

lpush user:1:mblogs mblog:1 mblog:3
...
lpush user:k:mblogs mblog:9

3. 分页获取用户的 Timeline，例如获取用户 1 的前 10 篇微博

keylist = lrange user:1:mblogs 0 9
for key in keylist {
    hgetall key
}

此方案在实际中可能存在两个问题：

        1 + n 问题。即如果每次分页获取的微博个数较多（不确定当前一页中有多少数据，可能会导致下面的循环次数很多），需要执行多次 hgetall 操作，此时可以考虑使用 pipeline（流水线 / 管道）模式批量提交命令，或者微博不采用哈希类型，而是使用序列化的字符串类型，使用 mget 获取。虽然这里是多个 Redis 命令，但是把这些命令合并成一个网络请求进行通信，这样就大大降低了客户端和服务器之间的交互次数了。

        分裂获取文章时，lrange 在列表两端表现较好，获取列表中间的元素表现较差，此时可以考虑将列表做拆分。

选择列表类型时，请参考：

• 同侧存取（lpush + lpop 或者 rpush + rpop）为栈。
• 异侧存取（lpush + rpop 或者 rpush + lpop）为队列。

2. Set 集合

        集合类型也是保存多个字符串类型的元素的（可以使用 json 格式让 string 也能存储结构化数据），但和列表类型不同的是，集合中：

1. 元素之间是无序的。（此处的 “无序” 是和 list 的有序相对应的）
2. 元素不允许重复，如下图所示。

集合类型：

        一个集合中最多可以存储个元素。Redis 除了支持集合内的增删查改操作，同时还支持多个集合取交集、并集、差集，合理地使用好集合类型，能在实际开发中解决很多问题。

• list：[1, 2, 3] 和 [2, 1, 3] 是两个不同的 list。
• set：[1, 2, 3] 和 [2, 1, 3] 是同一个集合。

2.1 Set 集合常见命令

sadd

将一个或者多个元素添加到 set 中。

注意：重复的元素无法添加到 set 中。

语法：sadd key member [member ...]

命令有效版本：1.0.0 之后

时间复杂度：O(1)

返回值：本次添加成功的元素个数。

示例：

smembers

获取一个 set 中的所有元素，注意，元素间的顺序是无序的。

语法：smembers key

命令有效版本：1.0.0 之后

时间复杂度：O(N)，N 是集合中的元素个数。

返回值：所有元素的列表。

示例：

sismember

判断一个元素在不在 set 中。

语法：sismember key member

命令有效版本：1.0.0 之后

时间复杂度：O(1)

返回值：1 表示元素在 set 中。0 表示元素不在 set 中或者 key 不存在。

示例：

scard

获取一个 set 的基数（cardinality），即 set 中的元素个数。

语法：scard key

命令有效版本：1.0.0 之后

时间复杂度：O(1)

返回值：set 内的元素个数。

spop

从 set 中删除并返回⼀个或者多个元素。

注意：由于 set 内的元素是无序的，所以取出哪个元素实际是未定义行为，即可以看作随机的。

语法：spop key [count] 

命令有效版本：1.0.0 之后

时间复杂度：O(N)，N 是 count

返回值：取出的元素。

示例：

smove

将一个元素从源 set 取出并放入目标 set 中。

语法：smove source destination member 

命令有效版本：1.0.0 之后

时间复杂度：O(1)

返回值：1 表示移动成功，0 表示失败。

示例：

针对上述情况，smove 不会视为出错，也会按照删除、插入来执行。

srem

将指定的元素从 set 中删除。

语法：srem key member [member ...]  

命令有效版本：1.0.0 之后

时间复杂度：O(N)，N 是要删除的元素个数.

返回值：本次操作删除的元素个数。

示例：

2.2 Set 集合间命令

交集（inter）、并集（union）、差集（diff）的概念和数学一样，如下图所示：

集合求交集、并集、差集：

sinter

获取给定 set 的交集中的元素。

语法：sinter key [key ...]

命令有效版本：1.0.0 之后

时间复杂度：O(N * M)，N 是最小的集合元素个数，M 是最大的集合元素个数。

返回值：交集的元素。

示例：

sinterstore

获取给定 set 的交集中的元素并保存到目标 set 中。

要想知道交集的内容，直接按照集合的方式访问目标 set 这个 key 即可。

语法：sinterstore destination key [key ...] 

命令有效版本：1.0.0 之后

时间复杂度：O(N * M)，N 是最小的集合元素个数，M 是最大的集合元素个数。

返回值：交集的元素个数。

示例：

sunion

获取给定 set 的并集中的元素。

语法：sunion  key [key ...]  

命令有效版本：1.0.0 之后

时间复杂度：O(N)，N 给定的所有集合的总的元素个数。

返回值：并集的元素。

示例：

sunionstore

获取给定 set 的并集中的元素并保存到目标 set 中。

语法：sunionstore destination key [key ...]

命令有效版本：1.0.0 之后

时间复杂度：O(N)，N 给定的所有集合的总的元素个数。

返回值：并集的元素个数。

示例：

sdiff

获取给定 set 的差集中的元素。

语法：sdiff key [key ...]

命令有效版本：1.0.0 之后

时间复杂度：O(N)，N 给定的所有集合的总的元素个数。

返回值：差集的元素。

示例：

sdiffstore

获取给定 set 的差集中的元素并保存到⽬标 set 中。

语法：sdiffstore destination key [key ...] 

命令有效版本：1.0.0 之后

时间复杂度：O(N)，N 给定的所有集合的总的元素个数.

返回值：差集的元素个数。

示例：

2.3 Set命令小结和内部编码

下表总结了集合类型的常见命令：

Set 集合类型命令：

集合类型的内部编码有两种：

• intset（整数集合）：当集合中的元素都是整数并且元素的个数小于 set-max-intset-entries 配置（默认 512 个）时，Redis 会选用 intset 来作为集合的内部实现，从而减少内存的使⽤。
• hashtable（哈希表）：当集合类型无法满足 intset 的条件时，Redis 会使用 hashtable 作为集合的内部实现。

1. 当元素个数较少并且都为整数时，内部编码为 intset

2. 当元素个数超过 512 个，内部编码为 hashtable。

3. 当存在元素不是整数时，内部编码为 hashtable。

2.4 Set集合使用场景

        场景一：集合类型比较典型的使用场景是标签（tag）。例如 A 用户对娱乐、体育板块比较感兴趣，B 用户对历史、新闻比较感兴趣，这些兴趣点可以被抽象为标签。有了这些数据就可以得到喜欢同一个标签的人，以及用户的共同喜好的标签，这些数据对于增强用户体验和用户黏度都非常有帮助。 例如一个电子商务网站会对不同标签的用户做不同的产品推荐。

下面的演示通过集合类型来实现标签的若干功能。

1. 给用户添加标签：

sadd user:1:tags tag1 tag2 tag5
sadd user:2:tags tag2 tag3 tag5
...
sadd user:k:tags tag1 tag2 tag4

2. 给标签添加用户：

sadd tag1:users user:1 user:3
sadd tag2:users user:1 user:2 user:3
...
sadd tagk:users user:1 user:4 user:9 user:28

3. 删除用户下的标签：

srem user:1:tags tag1 tag5
...

4. 删除标签下的用户：

srem tag1:users user:1
srem tag5:users user:1
...

        场景二：还可以使用 Set 来计算用户之间的共同好友（基于 “集合求交集”），基于此还可以做一些好友推荐。 

        场景三：使用 Set 还能统计 UV（去重）。一个互联网产品如何衡量用户量，用户规模呢？主要的指标是以下两个方面：

1. PV（Page View），用户每次访问该服务器都会产生一个 pv。
2. UV（User View），每个用户访问服务器都会产生一个 uv，但是同一个用户多次访问并不会使 uv 增加。uv 需要按照用户进行去重，去重的过程就可以使用 Set 来实现。

本篇完。

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