Теория: Хранение списков с Lists

В Redis удобно работать с простыми строками. Команды get, set, del покрывают большинство нужд среднего проекта. Но что делать, если нужно хранить множество связанных данных?

Например, разрабатывается соц. сеть и необходимо хранить список диалогов пользователя в кэше. При этом есть знаменитости, которым пишут сообщения миллионы пользователей. Хранить всю информацию в N ключах нереально, потому что пара таких пользователей будет занимать всю память на сервере. Некоторые разработчики решают этот вопрос предварительной сериализацией списка в JSON или бинарный формат. Такой способ сработает, но имеет несколько минусов:

• дополнительная логика со стороны приложения, которая может содержать баги
• меньшая производительность по сравнению с использованием встроенных типов данных Redis
• отсутствие возможности использовать функции внутри Redis для работы со списком
• большие расходы на сериализацию/десериализацию при большом размере списка (например, 1 миллион элементов)

Списки в Redis (Lists)

Списки в Redis — это список строк, упорядоченный в порядке вставки. Для абстракции его можно представить как обычный массив в любом языке программирования. Список может содержать более 4 миллиардов элементов. Самая главная особенность списков в Redis — это возможность получать/читать/удалять элементы с начала или конца списка за константное время O(1) даже при общем размере в несколько миллионов.

Запись элементов

Представим, что при разработке соц. сети нужно хранить в кэше список идентификаторов опубликованных постов пользователя. Важно, чтобы посты были упорядочены для сохранения хронологии.

Имеется пользователь с ID 14, который опубликовал 3 поста: 10, 20, 30.

В абстрактном языке программирования массив постов выглядел бы следующим образом: [30, 20, 10]. Идентификаторы упорядочены от старшего к младшему, потому что в ленте отображаются сначала самые последние посты. Выходит, что каждый новый пост добавляется не в конец списка, а в его начало.

Для добавления элемента в начало списка (слева) существует команда lpush key value1 [value2...]. Если списка не существовало до этого, то Redis создаст новый:

127.0.0.1:6379> lpush user:14:recent_posts 10
(integer) 1
127.0.0.1:6379> lpush user:14:recent_posts 20 30
(integer) 3

Команда lpush возвращает количество элементов в списке после вставки.

Получение элементов

Недавние посты пользователя хранятся в кэше. Чтобы достать элементы списка, используется команда lrange key start_index stop_index:

127.0.0.1:6379> lrange user:14:recent_posts 0 -1
1) "30"
2) "20"
3) "10"

Если указать правую границу как -1, то вернется весь список. Обратите внимание, что в Redis все атомарные значения — строки.

Удаление элементов

Пользователь может удалить пост, и в этом случае необходимо его также удалить из кэша.

Есть несколько способов удаления элементов. Самый быстрый и рекомендуемый — это удаление первого/последнего элементов списка с помощью команд lpop key, rpop key:

127.0.0.1:6379> lpop user:14:recent_posts
"30"
127.0.0.1:6379> rpop user:14:recent_posts
"10"

lpop удаляет элемент из начала списка и возвращает его. Команда rpop делает то же самое только с конца.

Если количество элементов в списке маленькое, то можно использовать команду lrem key 0 value, которая ищет в списке значение и удаляет его. Команда lrange возвращает указанные элементы списка.

127.0.0.1:6379> lrem user:14:recent_posts 0 120
(integer) 0
127.0.0.1:6379> lrem user:14:recent_posts 0 20
(integer) 1
127.0.0.1:6379> lrange user:14:recent_posts 0 -1
(empty array)

Если элемент не был найден в списке, то возвращается 0. В случае успешного удаления вернется 1. Так как удалился последний элемент в списке, команда lrange вернула пустой массив.

Время жизни

Любой кэш не должен храниться вечно. Добавим время жизни в 1 час на список с последними постами пользователя 14:

127.0.0.1:6379> expire user:14:recent_posts 3600
(integer) 1
127.0.0.1:6379> ttl user:14:recent_posts
(integer) 3598

Резюме

• списки в Redis — самый предпочтительный способ кэширования упорядоченных данных
• добавить элементы в список можно с помощью команд lpush, rpush
• чтение списка осуществляется командой lrange
• предпочтительное удаление элементов из списка происходит с начала или конца: lpop, rpop. При небольших размерах можно использовать поиск и удаление: lrem
• любой кэш хранится какое-то время. На список нужно добавить время жизни командой expire