Redis内部数据结构详解之链表

        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）。 链表提供了高效的节点重排能力，以及顺序性的节点访问方式，并且可以通过增删节点来灵活的调整链表的长度。        

举个例子，一下展示的integers 列表键包含了从1到 1024共 一千零二十四个整数：

        redis>LLEN integers

        (integer) 1024

        redis>LRANGE integers 0 10

        1)"1"

        2 )"2"

        3 )"3"

        4 )"4"

        5 )"5"

        6 )"6"

        7 )"7"

        8 )"8"

        9 )"9"

        10)"10"

        11)"11"

integers 列表键的底层实现就是一个链表，链表中的每个节点都保存了一个整数值。

接下来的文章我将对Redis 的链表实现进行介绍，并列出相应的的链表和链表节点API。

一、链表和链表节点的实现

        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;

        多个 listNode 可以通过prev 和 next 指针组成双端链表,如下图 。

        

      

        虽然仅仅使用多个 listNode 结构就可以组成链表，但使用 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 ;

                //节点值赋值函数

                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 *pre,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 成员则是用于实现动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。

        图：是由一个 list 结构和三个 listNode 结构组成的链表。

        

        Redis 的链表实现的特性可以总结如下：

            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O(1)。

            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O(1)。

            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O(1)。

            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。

二、用途

            链表广泛应用于实现redis 的各种功能，比如列表，集合，消息订阅。