链表
链表在Redis中的应用非常广泛,比如列表键的底层实现之一就是链表。当一个列表键包含了数量比较多的元素,又或者列表中包含的元素都是比较长的字符串时,Redis就会使用链表作为列表键的底层实现。
除了链表键之外, 发布与订阅、慢查询、监视器等功能也用到了链表, Redis 服务器本身还使用链表来保存多个客户端的状态信息, 以及使用链表来构建客户端输出缓冲区(output buffer)。
每个链表节点使用一个 adlist.h/listNode
结构来表示:
typedef struct listNode {
// 前置节点
struct listNode *prev;
// 后置节点
struct listNode *next;
// 节点的值
void *value;
} listNode;
使用 adlist.h/list
来持有链表的话, 操作起来会更方便:
typedef struct list {
// 表头节点
listNode *head;
// 表尾节点
listNode *tail;
// 链表所包含的节点数量
unsigned long len;
// 节点值复制函数
void *(*dup)(void *ptr);
// 节点值释放函数
void (*free)(void *ptr);
// 节点值对比函数
int (*match)(void *ptr, void *key);
} list;
list
结构为链表提供了表头指针 head
、表尾指针 tail
, 以及链表长度计数器 len
, 而 dup
、 free
和 match
成员则是用于实现多态链表所需的类型特定函数:
-
dup
函数用于复制链表节点所保存的值; -
free
函数用于释放链表节点所保存的值; -
match
函数则用于对比链表节点所保存的值和另一个输入值是否相等。
特性总结
-
双端: 链表节点带有
prev
和next
指针, 获取某个节点的前置节点和后置节点的复杂度都是 。 -
无环: 表头节点的
prev
指针和表尾节点的next
指针都指向NULL
, 对链表的访问以NULL
为终点。 -
带表头指针和表尾指针: 通过
list
结构的head
指针和tail
指针, 程序获取链表的表头节点和表尾节点的复杂度为 。 -
带链表长度计数器: 程序使用
list
结构的len
属性来对list
持有的链表节点进行计数, 程序获取链表中节点数量的复杂度为 。 -
多态: 链表节点使用
void*
指针来保存节点值, 并且可以通过list
结构的dup
、free
、match
三个属性为节点值设置类型特定函数, 所以链表可以用于保存各种不同类型的值。
链表和链表节点 API
函数 | 作用 | 时间复杂度 |
---|---|---|
listSetDupMethod |
将给定的函数设置为链表的节点值复制函数。 | 。 |
listGetDupMethod |
返回链表当前正在使用的节点值复制函数。 | 复制函数可以通过链表的 dup 属性直接获得, |
listSetFreeMethod |
将给定的函数设置为链表的节点值释放函数。 | 。 |
listGetFree |
返回链表当前正在使用的节点值释放函数。 | 释放函数可以通过链表的 free 属性直接获得, |
listSetMatchMethod |
将给定的函数设置为链表的节点值对比函数。 | |
listGetMatchMethod |
返回链表当前正在使用的节点值对比函数。 | 对比函数可以通过链表的 match 属性直接获得, |
listLength |
返回链表的长度(包含了多少个节点)。 | 链表长度可以通过链表的 len 属性直接获得, 。 |
listFirst |
返回链表的表头节点。 | 表头节点可以通过链表的 head 属性直接获得, 。 |
listLast |
返回链表的表尾节点。 | 表尾节点可以通过链表的 tail 属性直接获得, 。 |
listPrevNode |
返回给定节点的前置节点。 | 前置节点可以通过节点的 prev 属性直接获得, 。 |
listNextNode |
返回给定节点的后置节点。 | 后置节点可以通过节点的 next 属性直接获得, 。 |
listNodeValue |
返回给定节点目前正在保存的值。 | 节点值可以通过节点的 value 属性直接获得, 。 |
listCreate |
创建一个不包含任何节点的新链表。 | |
listAddNodeHead |
将一个包含给定值的新节点添加到给定链表的表头。 | |
listAddNodeTail |
将一个包含给定值的新节点添加到给定链表的表尾。 | |
listInsertNode |
将一个包含给定值的新节点添加到给定节点的之前或者之后。 | |
listSearchKey |
查找并返回链表中包含给定值的节点。 | , N 为链表长度。 |
listIndex |
返回链表在给定索引上的节点。 | , N 为链表长度。 |
listDelNode |
从链表中删除给定节点。 | 。 |
listRotate |
将链表的表尾节点弹出,然后将被弹出的节点插入到链表的表头, 成为新的表头节点。 | |
listDup |
复制一个给定链表的副本。 | , N 为链表长度。 |
listRelease |
释放给定链表,以及链表中的所有节点。 | , N 为链表长度。 |
总结
-
链表被广泛用于实现 Redis 的各种功能, 比如列表键, 发布与订阅, 慢查询, 监视器, 等等。
-
每个链表节点由一个
listNode
结构来表示, 每个节点都有一个指向前置节点和后置节点的指针, 所以 Redis 的链表实现是双端链表。 -
每个链表使用一个
list
结构来表示, 这个结构带有表头节点指针、表尾节点指针、以及链表长度等信息。 -
因为链表表头节点的前置节点和表尾节点的后置节点都指向
NULL
, 所以 Redis 的链表实现是无环链表。 -
通过为链表设置不同的类型特定函数, Redis 的链表可以用于保存各种不同类型的值。