Redis-数据结构-2-链表

补充一点C语言的小知识:

要点：

Redis的链表结构，是由一个链表结构和链表节点结构组成的复合类型的数据结构。

链表结构持有表头和表尾两个指针，链表节点结构有前置节点（前一个）和后置节点（后一个）两个指针和存放节点本身内容的的值指针。

多个链表结构节点的前后相邻的节点会相互连接在一起，即，头节点的前置节点指针内空是null,不指向任何地方，尾节点的后置节点指针内空是null,不指向任何地方，这样就组成了一头尾不相连的链表。同时，链表结构体的表头和表尾两个指针会指向这个头尾不相连的链表头节点和尾节点。

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地调整链表的长度。

作为一种常用数据结构，链表内置在很多高级的编程语言里面，因为Redis使用的C语言并没有内置这种数据结构，所以Redis构建了自己的链表实现。

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。

举个例子，以下展示的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。

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），本书后续的章节将陆续对这些链表应用进行介绍。

本章接下来的内容将对Redis的链表实现进行介绍，并列出相应的链表和链表节点API。

3.1 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，如图3-1所示。



图3-1 由多个listNode组成的双端链表

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。

图3-2是由一个list结构和三个listNode结构组成的链表。



图3-2 由list结构和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

3.2 链表和链表节点的API

表3-1列出了所有用于操作链表和链表节点的API。

表3-1 链表和链表节点API



3.3 重点回顾

❑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。

❑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。