Redis列表（List）：實現隊列/棧的利器，底層原理與實戰

1. Redis列表概述

1.1 什么是Redis列表

Redis列表（List）是一個有序的字符串元素集合，支持在頭部和尾部進行高效的插入和刪除操作。它可以實現棧（Stack）、**隊列（Queue）**等多種數據結構的功能。

1.2 列表的特點

特性	描述	優勢
有序性	元素按插入順序排列	保持數據的時間序列
雙端操作	支持頭尾兩端插入刪除	實現多種數據結構
索引訪問	支持按索引訪問元素	靈活的數據讀取
阻塞操作	支持阻塞式彈出	實現生產者消費者模式

2. 底層實現原理

2.1 編碼方式演進

Redis版本	編碼方式	特點
3.2之前	ziplist + linkedlist	雙編碼切換
3.2-6.2	quicklist	統一實現
7.0+	listpack	內存優化

2.2 quicklist實現詳解

quicklist結構特點：

由多個ziplist節點組成的雙向鏈表
每個節點包含一個ziplist
兼顧內存效率和操作性能

2.3 配置參數

# redis.conf 列表相關配置
list-max-ziplist-size -2        # 單個ziplist大小限制(8KB)
list-compress-depth 0           # 壓縮深度（0=不壓縮）

3. 基本列表操作

3.1 插入操作

# 頭部插入
127.0.0.1:6379> LPUSH mylist "a" "b" "c"
(integer) 3# 尾部插入
127.0.0.1:6379> RPUSH mylist "d" "e"
(integer) 5# 指定位置插入
127.0.0.1:6379> LINSERT mylist BEFORE "b" "new"
(integer) 6

3.2 刪除操作

# 頭部彈出
127.0.0.1:6379> LPOP mylist
"c"# 尾部彈出
127.0.0.1:6379> RPOP mylist
"e"# 按值刪除
127.0.0.1:6379> LREM mylist 2 "a"
(integer) 1

3.3 查詢操作

# 范圍查詢
127.0.0.1:6379> LRANGE mylist 0 -1
1) "new"
2) "b"
3) "a"
4) "d"# 索引查詢
127.0.0.1:6379> LINDEX mylist 0
"new"# 長度查詢
127.0.0.1:6379> LLEN mylist
(integer) 4

4. 阻塞式操作

4.1 阻塞彈出

# 阻塞式左彈出
127.0.0.1:6379> BLPOP list1 list2 10
1) "list1"
2) "element"# 阻塞式右彈出
127.0.0.1:6379> BRPOP myqueue 0# 阻塞式移動
127.0.0.1:6379> BRPOPLPUSH source dest 30

4.2 應用模式

# 棧模式（LIFO）
LPUSH stack "item1"
LPOP stack# 隊列模式（FIFO）  
LPUSH queue "task1"
RPOP queue# 雙端隊列
LPUSH deque "left"
RPUSH deque "right"

5. 實戰應用場景

5.1 消息隊列系統

@Service
public class RedisMessageQueue {@Autowiredprivate RedisTemplate<String, String> redisTemplate;/*** 發送消息*/public void sendMessage(String queueName, String message) {redisTemplate.opsForList().leftPush(queueName, message);}/*** 接收消息（阻塞）*/public String receiveMessageBlocking(String queueName, long timeout, TimeUnit unit) {return redisTemplate.opsForList().rightPop(queueName, timeout, unit);}/*** 獲取隊列長度*/public Long getQueueSize(String queueName) {return redisTemplate.opsForList().size(queueName);}
}

5.2 任務隊列處理器

@Service
public class TaskQueueProcessor {@Autowiredprivate RedisTemplate<String, String> redisTemplate;private static final String TASK_QUEUE = "task:queue";private static final String PROCESSING_QUEUE = "task:processing";/*** 添加任務*/public void addTask(String task) {redisTemplate.opsForList().leftPush(TASK_QUEUE, task);}/*** 處理任務*/public void processTask() {// 從任務隊列移動到處理隊列（原子操作）String task = redisTemplate.opsForList().rightPopAndLeftPush(TASK_QUEUE, PROCESSING_QUEUE);if (task != null) {try {// 執行任務executeTask(task);// 任務完成，從處理隊列移除redisTemplate.opsForList().lrem(PROCESSING_QUEUE, 1, task);} catch (Exception e) {// 任務失敗處理handleTaskFailure(task, e);}}}private void executeTask(String task) {// 具體任務執行邏輯System.out.println("執行任務: " + task);}private void handleTaskFailure(String task, Exception e) {// 將失敗任務移動到失敗隊列redisTemplate.opsForList().lrem(PROCESSING_QUEUE, 1, task);redisTemplate.opsForList().leftPush("task:failed", task);}
}

5.3 最近訪問記錄

@Service
public class RecentAccessService {@Autowiredprivate RedisTemplate<String, String> redisTemplate;private static final int MAX_RECENT_COUNT = 100;/*** 記錄用戶訪問*/public void recordAccess(String userId, String resource) {String key = "recent:access:" + userId;String accessRecord = resource + ":" + System.currentTimeMillis();// 添加新訪問記錄redisTemplate.opsForList().leftPush(key, accessRecord);// 保持最多100條記錄redisTemplate.opsForList().ltrim(key, 0, MAX_RECENT_COUNT - 1);// 設置過期時間redisTemplate.expire(key, 30, TimeUnit.DAYS);}/*** 獲取最近訪問記錄*/public List<String> getRecentAccess(String userId, int count) {String key = "recent:access:" + userId;return redisTemplate.opsForList().range(key, 0, count - 1);}
}

5.4 實時日志收集

@Service
public class LogCollectorService {@Autowiredprivate RedisTemplate<String, String> redisTemplate;private static final String LOG_QUEUE = "logs:queue";/*** 收集日志*/public void collectLog(String level, String message) {String logEntry = String.format("[%s] %s - %s", level, new Date(), message);redisTemplate.opsForList().leftPush(LOG_QUEUE, logEntry);}/*** 批量獲取日志*/public List<String> batchGetLogs(int batchSize) {List<String> logs = new ArrayList<>();for (int i = 0; i < batchSize; i++) {String log = redisTemplate.opsForList().rightPop(LOG_QUEUE);if (log == null) break;logs.add(log);}return logs;}/*** 阻塞式獲取日志*/public String getLogBlocking(long timeout, TimeUnit unit) {return redisTemplate.opsForList().rightPop(LOG_QUEUE, timeout, unit);}
}

6. Java編程實踐

6.1 完整的List工具類

@Component
public class RedisListUtil {@Autowiredprivate RedisTemplate<String, Object> redisTemplate;// ==================== 插入操作 ====================public Long leftPush(String key, Object value) {return redisTemplate.opsForList().leftPush(key, value);}public Long leftPushAll(String key, Object... values) {return redisTemplate.opsForList().leftPushAll(key, values);}public Long rightPush(String key, Object value) {return redisTemplate.opsForList().rightPush(key, value);}// ==================== 彈出操作 ====================public Object leftPop(String key) {return redisTemplate.opsForList().leftPop(key);}public Object rightPop(String key) {return redisTemplate.opsForList().rightPop(key);}public Object leftPopBlocking(String key, long timeout, TimeUnit unit) {return redisTemplate.opsForList().leftPop(key, timeout, unit);}public Object rightPopAndLeftPush(String sourceKey, String destinationKey) {return redisTemplate.opsForList().rightPopAndLeftPush(sourceKey, destinationKey);}// ==================== 查詢操作 ====================public List<Object> range(String key, long start, long end) {return redisTemplate.opsForList().range(key, start, end);}public Object index(String key, long index) {return redisTemplate.opsForList().index(key, index);}public Long size(String key) {return redisTemplate.opsForList().size(key);}// ==================== 修改操作 ====================public void set(String key, long index, Object value) {redisTemplate.opsForList().set(key, index, value);}public Long remove(String key, long count, Object value) {return redisTemplate.opsForList().remove(key, count, value);}public void trim(String key, long start, long end) {redisTemplate.opsForList().trim(key, start, end);}
}

7. 性能優化與最佳實踐

7.1 性能特點

操作類型	時間復雜度	性能說明
LPUSH/RPUSH	O(1)	頭尾插入高效
LPOP/RPOP	O(1)	頭尾彈出高效
LINDEX	O(N)	隨機訪問慢
LRANGE	O(S+N)	S為起始偏移量
LREM	O(N+M)	M為刪除的元素數

7.2 最佳實踐

7.2.1 優先使用頭尾操作

// ? 推薦：優先使用頭尾操作
redisTemplate.opsForList().leftPush(key, value);    // O(1)
redisTemplate.opsForList().rightPop(key);           // O(1)// ? 避免：頻繁使用中間位置操作
redisTemplate.opsForList().index(key, 1000);        // O(N)
redisTemplate.opsForList().set(key, 1000, value);   // O(N)

7.2.2 控制列表長度

@Service
public class OptimizedListService {private static final int MAX_LIST_SIZE = 10000;/*** 安全的列表插入*/public void safeListPush(String key, Object value) {Long size = redisTemplate.opsForList().size(key);if (size >= MAX_LIST_SIZE) {redisTemplate.opsForList().rightPop(key);}redisTemplate.opsForList().leftPush(key, value);}/*** 批量插入時的長度控制*/public void batchPushWithLimit(String key, List<Object> values) {redisTemplate.opsForList().leftPushAll(key, values);redisTemplate.opsForList().trim(key, 0, MAX_LIST_SIZE - 1);}
}

7.2.3 使用Pipeline優化

/*** Pipeline批量操作*/
public void batchOperations(String key, List<String> values) {redisTemplate.executePipelined(new RedisCallback<Object>() {@Overridepublic Object doInRedis(RedisConnection connection) {for (String value : values) {connection.lPush(key.getBytes(), value.getBytes());}return null;}});
}

7.3 監控和維護

@Service
public class ListMonitorService {/*** 監控列表狀態*/public Map<String, Object> getListStats(String key) {Map<String, Object> stats = new HashMap<>();stats.put("size", redisTemplate.opsForList().size(key));stats.put("exists", redisTemplate.hasKey(key));// 獲取內存使用和編碼信息String script = "local memory = redis.call('memory', 'usage', KEYS[1]) " +"local encoding = redis.call('object', 'encoding', KEYS[1]) " +"return {memory, encoding}";List<Object> result = (List<Object>) redisTemplate.execute(new DefaultRedisScript<>(script, List.class),Collections.singletonList(key));if (result != null && result.size() >= 2) {stats.put("memory_usage", result.get(0));stats.put("encoding", result.get(1));}return stats;}
}