面试题：Redis列表对象存储结构及优化基础

Question

请简述Redis列表对象的两种底层存储结构ziplist和linkedlist，在什么情况下Redis会选择使用ziplist，又在什么情况下会转换为linkedlist？针对Redis列表对象的访问，如何通过合理的键设计和命令选择来优化访问性能？

Answer 1

ziplist（压缩列表）

1. 结构特点：
   • 是一种紧凑的、为节约内存而设计的顺序存储结构。
   • 它由一系列特殊编码的连续内存块组成，每个节点可以保存一个字节数组或者一个整数值。
   • 其表头包括zlbytes（记录整个ziplist的字节数）、zltail（记录尾节点距离起始地址的偏移量）和zllen（记录ziplist中节点的数量）等信息。
2. 适用场景：
   • 当列表对象包含的元素数量较少，并且每个元素都是小整数值或者长度较短的字符串时，Redis会选择使用ziplist。这是因为ziplist可以有效节省内存空间，相比于其他结构，在这种场景下存储效率更高。

linkedlist（链表）

1. 结构特点：
   • 由一系列节点组成，每个节点通过指针连接，形成一个双向链表。
   • 每个节点包含prev、next指针以及存储数据的空间，这种结构允许在链表的任意位置进行高效的插入和删除操作。
2. 转换场景：
   • 当列表对象中的元素数量超过list-max-ziplist-entries配置的数量（默认为512 ），或者有元素的长度超过list-max-ziplist-value配置的大小（默认为64字节）时，Redis会将列表对象的底层存储结构由ziplist转换为linkedlist。这是因为在元素较多或元素较大时，ziplist的操作性能会下降，而linkedlist更适合这种情况，虽然它会占用更多的内存空间，但在操作效率上更有优势。

优化访问性能

1. 键设计：
   • 避免过长键：键的长度过长会增加内存占用，同时在查找和比较键时也会消耗更多时间。尽量保持键名简洁且有意义，例如对于存储用户订单列表的键，可以使用user:123:orders这种格式，而不是冗长复杂的描述。
   • 合理使用前缀：通过使用公共前缀，可以方便地对相关键进行批量操作。比如对于不同用户的列表数据，可以统一使用user:作为前缀，然后通过SCAN命令结合前缀进行遍历，这样可以提高键的管理和操作效率。
2. 命令选择：
   • 范围操作：如果需要获取列表的部分元素，例如获取列表的前N个元素，使用LRANGE命令。它的时间复杂度为O(S+N)，其中S为偏移量，N为获取的元素数量。相比逐个获取元素，这种方式效率更高。例如，获取列表mylist的前10个元素，可以使用LRANGE mylist 0 9。
   • 两端操作：如果经常需要在列表两端进行插入或删除操作，如LPUSH（在列表头部插入）、RPUSH（在列表尾部插入）、LPOP（从列表头部删除）、RPOP（从列表尾部删除）等命令，这些操作的时间复杂度为O(1)，非常高效。例如，在实时消息队列场景中，使用RPUSH将消息添加到队列尾部，使用LPOP从队列头部取出消息进行处理。