Redis 數據結構——鏈表

鏈表

鏈表在Redis中的應用非常廣泛，比如列表鍵的底層實現之一就是鏈表。當一個列表鍵包含了數量比較多的元素，又或者列表中包含的元素都是比較長的字符串時，Redis就會使用鏈表作爲列表鍵的底層實現。

除了鏈表鍵之外， 發佈與訂閱、慢查詢、監視器等功能也用到了鏈表， Redis 服務器本身還使用鏈表來保存多個客戶端的狀態信息， 以及使用鏈表來構建客戶端輸出緩衝區（output buffer）。

每個鏈表節點使用一個 adlist.h/listNode 結構來表示：

typedef struct listNode {
    // 前置節點
    struct listNode *prev;
    // 後置節點
    struct listNode *next;
    // 節點的值
    void *value;
} listNode;

使用 adlist.h/list 來持有鏈表的話， 操作起來會更方便：

typedef struct list {
​
    // 表頭節點
    listNode *head;
​
    // 表尾節點
    listNode *tail;
​
    // 鏈表所包含的節點數量
    unsigned long len;
​
    // 節點值複製函數
    void *(*dup)(void *ptr);
​
    // 節點值釋放函數
    void (*free)(void *ptr);
​
    // 節點值對比函數
    int (*match)(void *ptr, void *key);
​
} list;

list 結構爲鏈表提供了表頭指針 head 、表尾指針 tail ， 以及鏈表長度計數器 len ， 而 dup 、 free 和 match 成員則是用於實現多態鏈表所需的類型特定函數：

• dup 函數用於複製鏈表節點所保存的值；

• free 函數用於釋放鏈表節點所保存的值；

• match 函數則用於對比鏈表節點所保存的值和另一個輸入值是否相等。

 

特性總結

• 雙端： 鏈表節點帶有 prev 和 next 指針， 獲取某個節點的前置節點和後置節點的複雜度都是 。

• 無環： 表頭節點的 prev 指針和表尾節點的 next 指針都指向 NULL ， 對鏈表的訪問以 NULL 爲終點。

• 帶表頭指針和表尾指針： 通過 list 結構的 head 指針和 tail 指針， 程序獲取鏈表的表頭節點和表尾節點的複雜度爲 。

• 帶鏈表長度計數器： 程序使用 list 結構的 len 屬性來對 list 持有的鏈表節點進行計數， 程序獲取鏈表中節點數量的複雜度爲 。

• 多態： 鏈表節點使用 void* 指針來保存節點值， 並且可以通過 list 結構的 dup 、 free 、 match 三個屬性爲節點值設置類型特定函數， 所以鏈表可以用於保存各種不同類型的值。

鏈表和鏈表節點 API

函數	作用	時間複雜度
listSetDupMethod	將給定的函數設置爲鏈表的節點值複製函數。	。
listGetDupMethod	返回鏈表當前正在使用的節點值複製函數。	複製函數可以通過鏈表的 dup 屬性直接獲得，
listSetFreeMethod	將給定的函數設置爲鏈表的節點值釋放函數。	。
listGetFree	返回鏈表當前正在使用的節點值釋放函數。	釋放函數可以通過鏈表的 free 屬性直接獲得，
listSetMatchMethod	將給定的函數設置爲鏈表的節點值對比函數。
listGetMatchMethod	返回鏈表當前正在使用的節點值對比函數。	對比函數可以通過鏈表的 match 屬性直接獲得，
listLength	返回鏈表的長度（包含了多少個節點）。	鏈表長度可以通過鏈表的 len 屬性直接獲得， 。
listFirst	返回鏈表的表頭節點。	表頭節點可以通過鏈表的 head 屬性直接獲得， 。
listLast	返回鏈表的表尾節點。	表尾節點可以通過鏈表的 tail 屬性直接獲得， 。
listPrevNode	返回給定節點的前置節點。	前置節點可以通過節點的 prev 屬性直接獲得， 。
listNextNode	返回給定節點的後置節點。	後置節點可以通過節點的 next 屬性直接獲得， 。
listNodeValue	返回給定節點目前正在保存的值。	節點值可以通過節點的 value 屬性直接獲得， 。
listCreate	創建一個不包含任何節點的新鏈表。
listAddNodeHead	將一個包含給定值的新節點添加到給定鏈表的表頭。
listAddNodeTail	將一個包含給定值的新節點添加到給定鏈表的表尾。
listInsertNode	將一個包含給定值的新節點添加到給定節點的之前或者之後。
listSearchKey	查找並返回鏈表中包含給定值的節點。	， N 爲鏈表長度。
listIndex	返回鏈表在給定索引上的節點。	， N 爲鏈表長度。
listDelNode	從鏈表中刪除給定節點。	。
listRotate	將鏈表的表尾節點彈出，然後將被彈出的節點插入到鏈表的表頭， 成爲新的表頭節點。
listDup	複製一個給定鏈表的副本。	， N 爲鏈表長度。
listRelease	釋放給定鏈表，以及鏈表中的所有節點。	， N 爲鏈表長度。

總結

• 鏈表被廣泛用於實現 Redis 的各種功能， 比如列表鍵， 發佈與訂閱， 慢查詢， 監視器， 等等。

• 每個鏈表節點由一個 listNode 結構來表示， 每個節點都有一個指向前置節點和後置節點的指針， 所以 Redis 的鏈表實現是雙端鏈表。

• 每個鏈表使用一個 list 結構來表示， 這個結構帶有表頭節點指針、表尾節點指針、以及鏈表長度等信息。

• 因爲鏈表表頭節點的前置節點和表尾節點的後置節點都指向 NULL ， 所以 Redis 的鏈表實現是無環鏈表。

• 通過爲鏈表設置不同的類型特定函數， Redis 的鏈表可以用於保存各種不同類型的值。