Redis中List实现双链表

Redis 中的 List 是支持双链表的，基于此可实现常见的队列和栈等数据结构。

实现原理

Redis 中的 List 其实就是一个双向链表：每个节点上存储了元素值（例如字符串等），以及该节点的前驱和后继节点的指针。同时，List 还维护了链表头和尾节点的指针，以便快速访问链表的两端。

在 Redis 中，List 内部采用 ziplist（紧凑列表）或 linked list（双端链表）两种数据结构表示。其中，ziplist 是一种压缩方式的数据结构，适用于小规模元素的列表。当元素数量超过一定阈值时，Redis 会自动转换成 linked list。

List 命令

Redis 支持的 List 命令如下：

• LPUSH key element [element ...]：从链表左侧插入元素
• RPUSH key element [element ...]：从链表右侧插入元素
• LPOP key：弹出链表左侧元素
• RPOP key：弹出链表右侧元素
• LRANGE key start stop：获取链表中指定范围的所有元素
• LINDEX key index：获取链表中指定索引位置的元素
• LLEN key：获取链表的长度
• LREM key count element：根据元素值从链表中删除指定数量的元素
• LINSERT key BEFORE|AFTER pivot element：在链表中查找指定元素值 pivot，以 pivot 的前（BEFORE）或后（AFTER）位置插入指定元素值 element

其中，LPUSH 和 RPUSH 命令可以同时添加多个元素，而 LREM 命令可以指定删除元素的数量。

示例

• 以下示例演示了基本的 List 操作：

redis> LPUSH mylist A B C
(integer) 3
redis> RPUSH mylist D E F
(integer) 6
redis> LRANGE mylist 0 -1
1) C
2) B
3) A
4) D
5) E
6) F
redis> LPOP mylist
"C"
redis> RPOP mylist
"F"
redis> LLEN mylist
4
redis> LINSERT mylist BEFORE B X
(integer) 5
redis> LRANGE mylist 0 -1
1) C
2) X
3) B
4) A
5) D
6) E
redis> LREM mylist 2 A
(integer) 2
redis> LRANGE mylist 0 -1
1) C
2) X
3) B
4) D
5) E

在上面的示例中，我们首先用 LPUSH 和 RPUSH 命令向 mylist 中插入了一些元素。然后使用 LRANGE 命令打印出了链表中的所有元素，发现它们都是按照插入顺序排列的。接着使用 LPOP 和 RPOP 命令弹出了链表的两端元素。通过 LLEN 命令获取了当前链表的长度，同时通过 LINSERT 命令在列表中插入了一个新元素 X。最后使用 LREM 命令删除了两个元素 A，通过再次使用 LRANGE 命令验证了删除结果。

• 以下示例演示了 List 的高级应用：利用 List 实现最简单的分布式锁。

import redis
import time

# 连接 Redis
client = redis.Redis(host='localhost', port=6379, db=0)

# 申请分布式锁
def acquire_lock(lock_name, acquire_timeout=10):
    identifier = str(time.time())
    lock_key = "lock:" + lock_name
    while acquire_timeout > 0:
        if client.setnx(lock_key, identifier):
            client.expire(lock_key, 10)
            return identifier
        acquire_timeout -= 1
        time.sleep(1)
    return None

# 释放分布式锁
def release_lock(lock_name, identifier):
    lock_key = "lock:" + lock_name
    while True:
        client.watch(lock_key)
        if client.get(lock_key) == identifier:
            with client.pipeline() as pipe:
                pipe.multi()
                pipe.delete(lock_key)
                pipe.execute()
                return True
        client.unwatch()
        break
    return False

在上面的示例中，我们通过 acquire_lock 函数尝试获取名为 lock_name 的分布式锁，并返回一个唯一的标识符 identifier。该函数采取轮询机制，若在 acquire_timeout 秒内成功获取锁，则返回该标识符；若超时未能获取到锁，则返回 None。注意到该锁具有自动过期机制，锁的有效期为 10 秒。

在 acquire_lock 之后，我们可以在获取到锁的前提下执行某些操作。如果在这个时候我们不再需要锁，就可以调用 release_lock 函数主动释放锁，传入参数 lock_name 和之前申请锁时的标识符 identifier，该函数会检查当前的锁是否属于 identifier，如果是，则删除该锁并返回 True；否则返回 False。