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关于redis:Redis的设计与实现2链表

jiezi

链表在 Redis 中的利用十分宽泛, 比方列表键的底层实现之一就是链表: 当一个列表键蕴含了数量比拟多的元素, 又或者列表中蕴含的元素都是比拟长的字符串时, Redis 就会应用链表作为列表键的底层实现.

除了链表键之外, 公布与订阅, 慢查问, 监视器等性能也用到了链表, Redis 服务器还应用链表保留多个客户端的状态信息, 以及应用链表来构建客户端输入缓冲区（output buffer）.

1. 链表的定义

每个链表节点应用一个 adlist.h/listNode 构造来示意：

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

应用 adlist.h/list 来操作链表会更不便 

typedef struct list {
    // 表头节点
    listNode *head;
    // 表尾节点
    listNode *tail;
    // 链表所蕴含的节点数量
    unsigned long len;
    // 节点值复制函数
    void *(*dup)(void *ptr);
    // 节点值开释函数
    void (*free)(void *ptr);
    // 节点值比照函数
    int (*match)(void *ptr, void *key);
} list;

可见, 它是一个双向链表.

head, tail 和 len 别离是表头表尾指针和节点数量, 而 dup, free 和 match 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留的值;
  • free 函数用于开释链表节点所保留的值;
  • match 函数则用于比照链表节点所保留的值和另一个输出值是否相等.

(有点面向对象的滋味)

2. 链表的 API

函数 作用 工夫复杂度
listSetDupMethod 将给定的函数设置为链表的节点值复制函数 O(1)
listGetDupMethod 返回链表以后正在应用的节点值复制函数 复制函数能够通过链表的 dup 属性间接取得, O(1)
listSetFreeMethod 将给定的函数设置为链表的节点值开释函数 O(1)
listGetFree 返回链表以后正在应用的节点值开释函数 开释函数能够通过链表的 free 属性间接取得, O(1)
listSetMatchMethod 将给定的函数设置为链表的节点值比照函数 O(1)
listGetMatchMethod 返回链表以后正在应用的节点值比照函数 比照函数能够通过链表的 match 属性间接取得, O(1)
listLength 返回链表的长度 (蕴含了多少个节点) 链表长度能够通过链表的 len 属性间接取得, O(1)
listFirst 返回链表的表头节点 表头节点能够通过链表的 head 属性间接取得, O(1)
listLast 返回链表的表尾节点 表尾节点能够通过链表的 tail 属性间接取得, O(1)
listPrevNode 返回给定节点的前置节点 前置节点能够通过节点的 prev 属性间接取得, O(1)
listNextNode 返回给定节点的后置节点 后置节点能够通过节点的 next 属性间接取得, O(1)
listNodeValue 返回给定节点目前正在保留的值 节点值能够通过节点的 value 属性间接取得, O(1)
listCreate 创立一个不蕴含任何节点的新链表 O(1)
listAddNodeHead 将一个蕴含给定值的新节点增加到给定链表的表头 O(1)
listAddNodeTail 将一个蕴含给定值的新节点增加到给定链表的表尾 O(1)
listInsertNode 将一个蕴含给定值的新节点增加到给定节点的之前或者之后 O(1)
listSearchKey 查找并返回链表中蕴含给定值的节点 O(N), N 为链表长度
listIndex 返回链表在给定索引上的节点 O(N), N 为链表长度
listDelNode 从链表中删除给定节点 O(1)
listRotate 将链表的表尾节点弹出, 而后将被弹出的节点插入到链表的表头, 成为新的表头节点 O(1)
listDup 复制一个给定链表的正本 O(N), N 为链表长度
listRelease 开释给定链表, 以及链表中的所有节点 O(N), N 为链表长度

3. 总结

双端: 节点带有 prev 和 next 指针, 获取其前置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, 对链表的拜访以 NULL 为起点;

带表头指针和表尾指针: 通过 list 构造的 head 指针和 tail 指针, 获取表头和表尾节点的复杂度为 O(1);

带链表长度计数器: 通过 list 构造的 len 属性, 程序获取链表中节点数量的复杂度为 O(1);

多态: 链表节点应用 void* 指针来保留节点值, 并且能够通过 list 构造的 dup, free, match 三个属性为节点值设置类型特定函数, 能够用于保留各种不同类型的值.

4. 重点回顾

  • 链表被宽泛用于实现 Redis 的各种性能, 比方列表键, 公布与订阅, 慢查问, 监视器, 等等;
  • 每个链表节点由一个 listNode 构造来示意, 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;
  • 每个链表应用一个 list 构造来示意, 这个构造带有表头节点指针, 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 的链表能够用于保留各种不同类型的值.

文章来源于自己博客，公布于 2018-04-12，原文链接：https://imlht.com/archives/122/

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