Nginx源码完全注释（4）ngx_queue.h / ngx_queue.c

Nginx源码完全注释（4）ngx_queue.h / ngx_queue.c

作者：柳大·Poechant（钟超）
邮箱：zhongchao.ustc#gmail.com（# -> @）
博客：Blog.CSDN.net/Poechant
日期：August 17th, 2012
Nginx 中的队列是有头的，头节点和队列中的节点都是 ngx_queue_t。头节点不用于存储数据，数据是从头节点的 next 节点开始存储的。

队列头文件

ngx_queue.h

#include <ngx_config.h>
#include <ngx_core.h>

#ifndef _NGX_QUEUE_H_INCLUDED_
#define _NGX_QUEUE_H_INCLUDED_

typedef struct ngx_queue_s  ngx_queue_t;

// 队列的节点，也直接表示队列。注意这是一个双向循环队列
struct ngx_queue_s {
    ngx_queue_t  *prev;
    ngx_queue_t  *next;
};

// 初始化队列 q 所指向的指针，prev 和 next 都是自己
#define ngx_queue_init(q)                                                     \
    (q)->prev = q;                                                            \
    (q)->next = q

// 如果表 h == h 的上一个，那么就是一个空队列，其实用 next 也可以的
#define ngx_queue_empty(h)                                                    \
    (h == (h)->prev)

// 向 h 后面插入一个 x
#define ngx_queue_insert_head(h, x)                                           \
    (x)->next = (h)->next;                                                    \
    (x)->next->prev = x;                                                      \
    (x)->prev = h;                                                            \
    (h)->next = x

// 在后面插入 insert after，就是 insert head
#define ngx_queue_insert_after   ngx_queue_insert_head

// 向 h 前面插入一个 x
#define ngx_queue_insert_tail(h, x)                                           \
    (x)->prev = (h)->prev;                                                    \
    (x)->prev->next = x;                                                      \
    (x)->next = h;                                                            \
    (h)->prev = x

// h 表示队列，第一个元素为 h->next
#define ngx_queue_head(h)                                                     \
    (h)->next

// h 是头，h 的上一个就是尾
#define ngx_queue_last(h)                                                     \
    (h)->prev

#define ngx_queue_sentinel(h)                                                 \
    (h)

// 返回节点 q 的下一个
#define ngx_queue_next(q)                                                     \
    (q)->next

// 返回节点 q 的上一个
#define ngx_queue_prev(q)                                                     \
    (q)->prev

#if (NGX_DEBUG)

// debug 模式下要把 x 的 prev、next 成员置为 0，release 版可以省去此两句
#define ngx_queue_remove(x)                                                   \
    (x)->next->prev = (x)->prev;                                              \
    (x)->prev->next = (x)->next;                                              \
    (x)->prev = NULL;                                                         \
    (x)->next = NULL

#else

// 删除一个节点
#define ngx_queue_remove(x)                                                   \
    (x)->next->prev = (x)->prev;                                              \
    (x)->prev->next = (x)->next

#endif

//
// split 作用如下图所示：
//
//  ________________________________________________
//  ||--------------------------------------------||
//  ||                                            ||
// |---| => |---| => … => |---| => |---| => … => |---|   |---|
// | h |    |   |         | q |    |   |         |   |   | n |
// |---| <= |---| <= … <= |---| <= |---| <= … <= |---|   |---|
//
//  __________________________      __________________________________
//  ||----------------------||      ||------------------------------||
//  ||                      ||      ||                              ||
// |---| => |---| => … => |---|    |---| => |---| => … => |---| => |---|
// | h |    |   |         |   |    | q |    |   |         |   |    | n |
// |---| <= |---| <= … => |---|    |---| <= |---| <= … <= |---| <= |---|
//
#define ngx_queue_split(h, q, n)                                              \
    (n)->prev = (h)->prev;                                                    \
    (n)->prev->next = n;                                                      \
    (n)->next = q;                                                            \
    (h)->prev = (q)->prev;                                                    \
    (h)->prev->next = h;                                                      \
    (q)->prev = n;

// 将 n 代表的队列（n 为队列头）接到 h 表示的队列后面
//
//  _________________________      _________________________
//  ||---------------------||      ||---------------------||
//  ||                     ||      ||                     ||
// |---| => |---| => … => |---|   |---| => |---| => … => |---|
// | h |    |   |         |   |   | n |    |n1 |         |   |
// |---| <= |---| <= … <= |---|   |---| <= |---| <= … <= |---|
//
//  ________________________________________________________
//  ||----------------------------------------------------||
//  ||                                                    ||
// |---| => |---| => … => |---| =========> |---| => … => |---|
// | h |    |   |         |   |            |n1 |         |   |
// |---| <= |---| <= … <= |---| <========= |---| <= … <= |---|
//
#define ngx_queue_add(h, n)                                                   \
    (h)->prev->next = (n)->next;                                              \
    (n)->next->prev = (h)->prev;                                              \
    (h)->prev = (n)->prev;                                                    \
    (h)->prev->next = h;

// 一般type如下：
// typedef struct {
//    …
//    LINK q
// } TYPE
// 所以这个宏可以通过 q 找到其所在的结构体 TYPE 变量的地址
#define ngx_queue_data(q, type, link)                                         \
    (type *) ((u_char *) q - offsetof(type, link))

ngx_queue_t *ngx_queue_middle(ngx_queue_t *queue);

void ngx_queue_sort(ngx_queue_t *queue,
    ngx_int_t (*cmp)(const ngx_queue_t *, const ngx_queue_t *));

#endif /* _NGX_QUEUE_H_INCLUDED_ */

队列源文件

ngx_queue.c

#include 
#include 

/*
 * find the middle queue element if the queue has odd number of elements
 * or the first element of the queue's second part otherwise
 */

//
// 这是用两个指针来找链表中点的典型应用，在很多技巧性问答中常出现。
//
ngx_queue_t *
ngx_queue_middle(ngx_queue_t *queue)
{
    ngx_queue_t  *middle, *next;

    // middle 从第一个节点开始
    middle = ngx_queue_head(queue);

    // 如果队列只有一个节点，或者为空
    if (middle == ngx_queue_last(queue)) {
        return middle;
    }

    // next 也从第一个节点开始
    next = ngx_queue_head(queue);

    for ( ;; ) {
        middle = ngx_queue_next(middle);

        next = ngx_queue_next(next);

        // 偶数个的情况是在这里返回
        if (next == ngx_queue_last(queue)) {
            return middle;
        }

        next = ngx_queue_next(next);

        // 奇数个是在这里返回
        if (next == ngx_queue_last(queue)) {
            return middle;
        }
    }
}

/* the stable insertion sort */
//
// 这是一个稳定就地排序（Stable In-place Sorting）。算法的三个性能指标（时间复杂度，空间复杂度，稳定性）
// 相比之下，quick sort 和 merge sort 更快。但 quick sort 是非稳定的，merge sort 使用 O(n) 额外空间
//
void
ngx_queue_sort(ngx_queue_t *queue,
    ngx_int_t (*cmp)(const ngx_queue_t *, const ngx_queue_t *))
{
    ngx_queue_t  *q, *prev, *next;

    q = ngx_queue_head(queue);

    // 空队列
    if (q == ngx_queue_last(queue)) {
        return;
    }

    for (q = ngx_queue_next(q); q != ngx_queue_sentinel(queue); q = next) {

        prev = ngx_queue_prev(q);
        next = ngx_queue_next(q);

        ngx_queue_remove(q);

        // 在已排好序的节点中，向前找比 q 的内容小的。比较的标准由 cmp 确定
        do {
            if (cmp(prev, q) <= 0) {
                break;
            }

            prev = ngx_queue_prev(prev);

        } while (prev != ngx_queue_sentinel(queue));

        // 找到 prev 是比 q 的内容小的，在 prev 后面插入
        ngx_queue_insert_after(prev, q);
    }
}

从上面可以看出，create 是从 pool 分配定义 list 结构的内存，分配表头节点的内存。init 是初始化已有的 list。

Reference

非传统的稳定插入排序和就地归并排序
阿牛的爸爸的博客-Nginx队列源码分析
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