nginx源码初读(5)--让烦恼从数据结构开始(ngx_array)

本文详细介绍了NGINX中的数组结构体定义及其相关操作函数,包括创建、销毁、初始化及追加元素等。同时探讨了内存管理方面的问题。

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数组的结构体定义:

typedef struct ngx_array_s       ngx_array_t;
struct ngx_array_s {
    void        *elts;           // 指向数组存储位置的首地址
    ngx_uint_t   nelts;          // 当前数组中已经存放的元素个数
    size_t       size;           // 数组中每个元素的大小
    ngx_uint_t   nalloc;         // 当前最多能容纳的元素个数,类似cpp中的Vector,当nelts大于nalloc时扩容
    ngx_pool_t  *pool;           // 该数组对应的内存池
};

下面介绍数组操作函数:

ngx_array_t *ngx_array_create(ngx_pool_t *p, ngx_uint_t n, size_t size);
/* 从pool中申请array结构体内存,并调用init初始化(申请n*size内存,改变array内的属性),
 * 所以元素与结构体内存可能并不连续,但肯定在同一个pool里,失败返回NULL */

void ngx_array_destroy(ngx_array_t *a);
/* 依次销毁数组的数据区和结构体内存,将内存返还给pool(last-=)
 * if ((u_char *) a + sizeof(ngx_array_t) == p->d.last) {
       p->d.last = (u_char *) a;
   }
 * 销毁结构体的代码如上,因为这代码看起来很奇怪,它怎么知道数组肯定再pool的最后,没加过其他东西了?
   看了源码数组也并不是通过单独的pool来管理的,也就是说pool中还可能有很多其他的数据。
   在nginx整个代码中没有找到对ngx_array_destroy的引用
 */

void *ngx_array_push(ngx_array_t *a);
void *ngx_array_push_n(ngx_array_t *a, ngx_uint_t n); 
/* 在数组a上新追加元素,并返回指向新元素的指针。需要把返回的指针转换为具体类型,
   然后再给新元素本身或者是各字段(如果数组的元素是复杂类型)赋值。*/

static ngx_inline ngx_int_t
ngx_array_init(ngx_array_t *array, ngx_pool_t *pool, ngx_uint_t n, size_t size)
/* 如果一个数组对象是被分配在堆上的,那么当调用ngx_array_destroy销毁以后,如果想再次使用,就可以调用此函数。
   如果一个数组对象是被分配在栈上的,那么就需要调用此函数,进行初始化的工作以后,才可以使用。*/

从以上代码中大家有没有发现一个很严肃的问题,不管是destroy还是扩容,源码中原来的内存位置都是没有free的,这样肯定造成了内存的浪费,nginx作者这么计较内存为什么会有这种问题呢,真心不理解,感觉很容易解决啊。不过肯定有理由把,我们在使用的时候最好提前规划好数组的大小,避免多次扩容造成的浪费。

<think>嗯,用户现在问的是Nginx的高级数据结构,特别是ngx_queue_t的用途。之前用户已经询问过关于request_pool_size销毁的原因,可能现在想深入了解Nginx内部的实现机制。我需要先回忆一下ngx_queue_t的相关知识。 首先,ngx_queue_t是Nginx中一个双向链表的实现。用户可能想知道为什么Nginx要自己实现这样的数据结构,而是使用C语言标准库里的结构。这可能涉及到性能优化、内存管理或者跨平台兼容性的问题。 接着,用户可能对具体的使用场景感兴趣。比如在HTTP模块中,Nginx如何处理请求,哪些部分会用到这种链表结构。需要举一些例子,比如维护定时事件、管理HTTP请求等,说明ngx_queue_t的实际应用。 另外,用户可能想了解这种数据结构的特点,比如轻量级、侵入数据结构的实现方式。需要解释侵入式和非侵入式链表的区别,以及为什么Nginx选择这种方式。可能还要提到内存管理的优势,比如内存池的配合使用,减少内存碎片。 还要考虑用户可能的疑问,比如与其他数据结构如红黑树的区别。这时候需要指出链表和树的同应用场景,比如链表适合频繁插入删除,而红黑树适合快速查找。说明Nginx如何根据同的需求选择同的数据结构。 另外,用户可能对如何在自己的模块中使用ngx_queue_t感兴趣,可能需要简单的代码示例,但用户问题中没有明确要求,所以可能需要详细代码,但可以简要说明其使用方式,比如初始化、插入节点等步骤。 最后,总结ngx_queue_t的优势,比如高效、灵活、节省内存,以及为什么在Nginx中这样的设计是合理的,适合高并发场景的需求。同时确保回答结构清晰,符合之前用户要求的层次分明的格式,比如分点说明用途、设计特点、优势比较等。</think>Nginx 内部设计了许多高效的自定义数据结构以适配高并发场景,`ngx_queue_t` 是其中一种双向链表的实现,其核心价值在于**轻量级、无侵入、内存友好**的设计。以下是其关键用途与设计逻辑: --- ### 一、`ngx_queue_t` 的核心用途 1. **轻量级链表操作** - 用于需要频繁插入、删除但无需复杂查找的场景(如定时器事件管理、HTTP 请求阶段处理器链)。 - 示例: - 维护超时事件(`ngx_event_timer_rbtree` 结合红黑树和队列管理)。 - HTTP 请求处理阶段(`phase_engine` 中按顺序调用各阶段处理函数)。 2. **无侵入式设计** - 链表节点(`ngx_queue_t`)**嵌入业务数据结构**,而是通过指针关联,避免强制耦合。 例如: ```c typedef struct { ngx_queue_t queue; // 链表节点 void *data; // 实际业务数据指针 } ngx_custom_node_t; ``` - 优势:同一业务结构可同时加入多个链表,灵活性高。 3. **内存池友好** - 节点内存通常从 Nginx 的 `ngx_pool_t` 内存池分配,生命周期与请求或连接绑定,避免内存泄漏。 --- ### 二、`ngx_queue_t` 的设计特点 1. **极简结构体** 仅包含前驱(`prev`)和后继(`next`)指针,无额外开销: ```c typedef struct ngx_queue_s ngx_queue_t; struct ngx_queue_s { ngx_queue_t *prev; ngx_queue_t *next; }; ``` 2. **高效操作宏** 提供宏直接操作链表,避免函数调用开销(如 `ngx_queue_insert_head`、`ngx_queue_remove`)。 3. **与红黑树互补** - **`ngx_queue_t`**:适合顺序遍历或频繁增删。 - **`ngx_rbtree_t`**:适合快速查找(如定时器、共享内存键值存储)。 - 两者常结合使用(例如定时器用红黑树管理超时时间,用队列维护活跃事件)。 --- ### 三、对比传统链表的优势 | 特性 | `ngx_queue_t` | 传统链表(如 Linux 内核 `list_head`) | |---------------------|--------------------------------|--------------------------------------| | **内存占用** | 更小(仅 2 指针) | 类似 | | **数据耦合** | 无侵入式 | 通常需嵌入结构体 | | **多链表支持** | 通过指针关联,灵活 | 需预先定义嵌入节点 | | **内存管理** | 深度整合 Nginx 内存池 | 依赖外部分配机制 | --- ### 四、典型应用场景 1. **HTTP 请求处理链** 各处理阶段(如 `NGX_HTTP_SERVER_REWRITE_PHASE`)通过链表串联处理函数。 2. **事件定时器** 超时事件按时间排序存入红黑树,活跃事件通过队列管理。 3. **模块配置合并** 多个模块的配置指令通过链表合并(如 `listen` 指令的 `ngx_listening_t` 列表)。 --- ### 五、使用示例(伪代码) ```c // 定义业务数据结构 typedef struct { int id; ngx_queue_t link; // 链表节点 } ngx_custom_data_t; // 初始化链表 ngx_queue_t head; ngx_queue_init(&head); // 插入节点 ngx_custom_data_t *node = ngx_palloc(pool, sizeof(ngx_custom_data_t)); node->id = 100; ngx_queue_insert_tail(&head, &node->link); // 遍历链表 ngx_queue_t *q; for (q = ngx_queue_head(&head); q != ngx_queue_sentinel(&head); q = ngx_queue_next(q)) { ngx_custom_data_t *data = ngx_queue_data(q, ngx_custom_data_t, link); // 处理 data->id } ``` --- ### 总结 `ngx_queue_t` 是 Nginx 为高并发场景量身定制的双向链表,其**无侵入、低开销、内存池集成**的特性,使其在事件管理、请求处理等核心流程中成为高效的基础设施。与红黑树等结构配合,共同支撑 Nginx 的高性能架构。
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