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Redis 设计与实现 7：五大数据类型之列表

2020-12-31 12:59 831 查看

列表对象有 3 种编码：

ziplist

、

linkedlist

、

quicklist

。

```
ziplist
```
和
```
linkedlist
```
是 3.2 版本之前的编码。
```
quicklist
```
是 3.2 版本新增的编码，
```
ziplist
```
和
```
linkedlist
```
在 3.2 版本及后续版本将不再是列表对象的编码。

编码定义如下(

server.h

)：

#define OBJ_ENCODING_LINKEDLIST 4
#define OBJ_ENCODING_ZIPLIST 5
#define OBJ_ENCODING_QUICKLIST 9

虽然

ziplist

和

linkedlist

不再被列表对象作为编码，但是我们还是有必要了解的。因为

quicklist

也是基于

ziplist

和

linkedlist

改良的。

ziplist

压缩列表 ziplist 在之前的文章 Redis 设计与实现 5：压缩列表 ziplist 有介绍过，结构如下：

我们使用命令操作列表的元素的时候，实际上就是在操作 entry 的数据。下面我们来举个栗子：

redis> RPUSH list_key 1 "ab" "d"

如果

list_key

用

ziplist

编码，那么结构如下图：

linkedlist

链表

linkedlist

的数据结构如下(

adlist.h

)，跟普通的链表差不多：

typedef struct list {
// 头结点
listNode *head;
// 尾节点
listNode *tail;
// 复制链表节点的值
void *(*dup)(void *ptr);
// 释放链表节点的值
void (*free)(void *ptr);
// 对比链表节点所保存的值跟输入的值是否相等
int (*match)(void *ptr, void *key);
// 链表包含的节点数
unsigned long len;
} list;

链表节点的结构也很简单：

typedef struct listNode {
// 前置节点
struct listNode *prev;
// 后置节点
struct listNode *next;
// 当前节点的值
void *value;
} listNode;

结构示意图如下：

数据将存储在 listNode 的 value 中，数据是一个字符串对象，用

redisObject

包裹着

sds

。
例如可能是 embstr 编码的 sds ：

下面我们来举个栗子：

redis> RPUSH list_key 1 "ab" "d"

假如

list_key

的编码是

linkedlist

，那么结构如下图：

quicklist

快速列表

quicklist

是

3.2

版本新添加的编码类型，结合了

ziplist

和

linkedlist

的一种编码。
同时在

3.2

版本中，列表也废弃了

ziplist

和

linkedlist

。

通过上面的介绍，我们可以看出。双向链表的内存开销很大，每个节点的地址不连续，容易产生内存碎片，

quicklist

利用

ziplist

减少节点数量，但

ziplist

插入和删除数都很麻烦，复杂度高，为避免长度较长的

ziplist

修改时带来的内存拷贝开销，通过配置项配置合理的

ziplist

长度。

quicklist

的结构如下：

从上图可以看出，

quicklist

跟

linkedlist

最大的不同就是，

quicklist

的值指向的是

ziplist

！< 331a code>ziplist 可比之前的

redisObject

节省了非常多的内存！
从另一个角度看，他就是把一个长的

ziplist

切割成多个小的

ziplist

。

代码实现在

quicklist.h

typedef struct quicklist {
quicklistNode *head;
quicklistNode *tail;
// 所有 ziplist 中所有的节点数
unsigned long count;
// quicklistNode 的数量
unsigned long len;
// 限定 ziplist 的最大大小，可通过配置文件配置
int fill : QL_FILL_BITS;
// 压缩程度，0 表示不压缩，可通过配置文件配置
unsigned int compress: QL_COMP_BITS;
// ...
} quicklist;

配置一：fill (控制 ziplist 大小)

太长的

ziplist

增删的复杂度高，所以

quicklist

用

fill

参数来控制

ziplist

的大小，它是通过配置文件的

list-max-ziplist-size

配置。

当数字为正数，表示：每个节点的
```
ziplist
```
最多包含的
```
entry
```
个数。
当数字为负数： -1：每个节点的
```
ziplist
```
字节大小不能超过4kb
-2：每个节点的
```
ziplist
```
字节大小不能超过8kb (redis默认值)
-3：每个节点的
```
ziplist
```
字节大小不能超过16kb
-4：每个节点的
```
ziplist
```
字节大小不能超过32kb
-5：每个节点的
```
ziplist
```
字节大小不能超过64kb

配置二：compress(控制压缩程度)

因为链表的特性，一般首尾两端操作较频繁，中部操作相对较少，所以

redis

提供压缩深度配置：

list-compress-depth

，也就是属性

compress

。

0：表示都不压缩。这是Redis的默认值。
1：表示
```
quicklist
```
两端各有1个节点不压缩，中间的节点压缩。
2：表示
```
quicklist
```
两端各有2个节点不压缩，中间的节点压缩。
3：表示
```
quicklist
```
两端各有3个节点不压缩，中间的节点压缩。

quicklist 节点

typedef struct quicklistNode {
struct quicklistNode *prev;
struct quicklistNode *next;
// 不设置压缩数据参数 recompress时指向一个 ziplist 结构
// 设置压缩数据参数recompress时指向 quicklistLZF 结构
unsigned char *zl;
// ziplist 的字节数
unsigned int sz;
// ziplist 中包含的节点数量
unsigned int count : 16;
// 编码。1 表示压缩过，2 表示没压缩
unsigned int encoding : 2;
unsigned int container : 2;  /* NONE==1 or ZIPLIST==2 */
// 标记 quicklist 节点的 ziplist 之前是否被解压缩过
// 如果recompress为 1，则等待被再次压缩
unsigned int recompress: 1;
// ...
} quicklistNode;

压缩过的 ziplist 结构

typedef struct quicklistLZF {
// 表示被 LZF 算法压缩后的 ziplist 的大小
unsigned int sz;
// 压缩后的 ziplist 的数组，柔性数组
char compressed[];
} quicklistLZF;

quicklist 的常用操作

1. 插入

(1)

quicklist

可以在头部或者尾部插入数据：

quicklist.c/quicklistPushHead

、

quicklist.c/quicklistPushTail

，我们就挑一个从头部插入的代码来看看吧(插入尾部的代码也是差不多的)(代码格式略微调整了一下)：

int quicklistPushHead(quicklist *quicklist, void *value, size_t sz) {
quicklistNode *orig_head = quicklist->head;
// 判断头结点上的 ziplist 大小是否没超过限制
if (likely(_quicklistNodeAllowInsert(quicklist->head, quicklist->fill, sz))) {
// 没超过限制，就插入到 ziplist 中。ziplistPush 是 ziplist.c 的方法
quicklist->head->zl = ziplistPush(quicklist->head->zl, value, sz, ZIPLIST_HEAD);
quicklistNodeUpdateSz(quicklist->head);
} else {
// ziplist 超过大小限制，则创新创建一个新的 quicklistNode
quicklistNode *node = quicklistCreateNode();
// 再创建新的 ziplist，然后把 ziplist 放到节点中
node->zl = ziplistPush(ziplistNew(), value, sz, ZIPLIST_HEAD);
quicklistNodeUpdateSz(node);
// 新的 quicklistNode 插入原来的头结点上，成为新的头结点
_quicklistInsertNodeBefore(quicklist, quicklist->head, node);
}
quicklist->count++;
quicklist->head->count++;
return (orig_head != quicklist->head);
}

(2)

quicklist

也可以从任意指定的位置插入：

quicklist.c/_quicklistInsert

，实现相对来说比较复杂，我们就用文字说明(代码太长，感兴趣的读者自己去读吧)：

当前节点是
```
NULL
```
：创建一个新的节点，插入就好。
当前节点的
```
ziplist
```
大小没有超过限制时：直接插入到
```
ziplist
```
就好。
当前节点的
```
ziplist
```
大小超过限制时：如果插入的位置是
```
ziplist
```
的两端：如果相邻的节点的
```
ziplist
```
大小没有超过限制，那么就插入到相邻节点的
```
ziplist
```
中。
如果相邻的节点的
```
ziplist
```
大小也超过限制，这时需要创建一个新的节点插入。

如果插入的位置是

ziplist

的中间：
则需要把当前

ziplist

从插入位置分裂 (

_quicklistSplitNode

) 为两个节点，然后把数据插入第二个节点上。

2. 查找

quicklist

支持通过

index

查找元素：

quicklist.c/quicklistIndex

。
查找的本质就是遍历，先查看

quicklistNode

的长度判断

index

是否在这个节点中，如果不是则跳到下个节点。
当定位到节点之后，对节点里面的

ziplist

进行遍历查找 (

ziplistIndex

)。

3 删除

(1) 指定值的删除，

quicklist.c/quicklistDelEntry

这个指定的值的信息

quicklistEntry

的结构如下：

typedef struct quicklistEntry {
// 指向当前 quicklist 的指针
const quicklist *quicklist;
// 指向当前 quicklistNode 节点的指针
quicklistNode *node;
// 指向当前 ziplist 的指针
unsigned char *zi;
// 指向当前 ziplist 的字符串 vlaue 成员
unsigned char *value;
// 当前 ziplist 的整数 value 成员
long long longval;
// 当前 ziplist 的字节数大小
unsigned int sz;
// 在 ziplist 的偏移量
int offset;
} quicklistEntry;

具体的删除代码如下(做了一些删减)：

void quicklistDelEntry(quicklistIter *iter, quicklistEntry *entry) {
quicklistNode *prev = entry->node->prev;
quicklistNode *next = entry->node->next;
// 通过 quicklistEntry 可以定位到 ziplist 中的元素位置，然后进行删除
// quicklist -> quicklistNode -> ziplist -> ziplistEntry
int deleted_node = quicklistDelIndex((quicklist *)entry->quicklist, entry->node, &entry->zi);
// 下面是迭代器的参数调整，此处忽略...
}

(2) 区间元素

index

删除：

quicklist.c/quicklistDelRange

(代码太长了，就不晾出来了)
先通过遍历找元素，会判断是否可以删除整个节点

entry.offset == 0 && extent >= node->count

，可以的话不用遍历里面的

ziplist

直接删除整个节点。
否则计算出当前节点

ziplist

要删除的范围，通过

ziplistDeleteRange

函数删除。

重点回顾

列表对象有 3 种编码：
```
ziplist
```
、
```
linkedlist
```
、
```
quicklist
```
。
```
quicklist
```
是
```
3.2
```
后新增的用于替代
```
ziplist
```
和
```
linkedlist
```
的编码。
```
ziplist
```
节省内存，但是太长的话性能低下。
```
linkedlist
```
占用内存太多。
```
quicklist
```
可以看成由多个
```
ziplist
```
组成的
```
linkedlist
```
，性能高，节省内存。

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