深入理解Redis 數據結構—雙鏈表


在 Redis 數據類型中的列表list,對數據的添加和刪除常用的命令有 lpush,rpush,lpop,rpop,其中 l 表示在左側,r 表示在右側,可以在左右兩側做添加和刪除操作,說明這是一個雙向的數據結構,而 list 數據結構正是雙向鏈表,類似 java 中的 LinekdList 鏈表列表。

鏈表提供了高效的節點重排能力,以及順序的節點訪問方式,通過修改節點的 pre 和 next 指針來修改鏈表的數據。

C 語言沒有內置鏈表的數據結構,所以 Redis 構建了自己的鏈表結構。

鏈表的數據結構,鏈表以及鏈表節點

鏈表是由鏈表以及鏈表節點組成,每個鏈表節點使用一個 adlist.h/listNode 結構來表示:

typedef struct listNode {
    //前置節點
    struct listNode *prev;
    //后置節點
    struct listNode *next;
    // 節點值
    void *value;
} listNode;

多個 listNode 可以通過 prev 和 next 指針組成雙鏈表的,如題所示:
listNode節點

多個 listNode 可以組成鏈表,但是為了方便管理,使用 adlist.h/list 管理鏈表,list 結構如下:

typedef struct list {
    // 列表頭結點
    listNode *head;
    // 列表尾結構
    listNode *tail;
    // 節點值復制函數
    void *(*dup)(void *ptr);
    // 節點值釋放函數
    void (*free)(void *ptr);
    // 節點值對比函數 
    int (*match)(void *ptr, void *key);
    // 列表節點數量
    unsigned long len;
} list;

list 結構為鏈表提供了表頭指針 head、表尾指針 tail,以及節點數量計算 len。下圖展示一個由 list 結構和三個 listNode 節點組成的鏈表:

Redis 鏈表實現的特征有如下的總結:

  • 雙向:鏈表節點帶有 prev 和 next 指針,可以通過指針獲取每一個數據
  • 快速計算鏈表長度:通過 list 結構中的 len 屬性計算 list 的長度,而時間復雜度為O(1)
  • 多態: 鏈表節點使用 void* 指針保存節點,所以鏈表支持保存各種不同類型的值

雙鏈表的運用

列表鍵,發布訂閱、慢查詢以及監視器等。

總結

  • 本文通過介紹鏈表的數據結構,鏈表是由鏈表和鏈表節點組成的
  • 鏈表節點都有一個前置和后置指針,所以 Redis 的鏈表是一個雙向鏈表
  • 鏈表可以存儲頭結點,尾節點,更好的管理自己的節點,len 屬性快速算出鏈表的長度
  • 鏈表通過 void* 以及不同的類型設定函數,所以鏈表可以不同的類型的值

參考

  • Redis設計與實現

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