【Redis】Redis数据结构——链表

【Redis】Redis数据结构——链表

注意事项：

本文第三点redis中操作列表的相关命令可参考博文：

【Redis】Redis基础命令集详解_Etui۹(･༥･´)و ̑̑的博客

本文参考内容如下：

1、Redis数据结构——链表 - 随心所于 -

2、《Redis设计与实现》（黄健宏·著）第3章 链表

本文仅供学习交流使用！

1、Redis中的链表

链表在Redis中的应用非常广泛，列表键的底层实现之一就是链表。当一个列表包含了数量较多的元素，又或者列表中包含的元素为较长的字符串，Redis就会使用链表作为列表键的底层实现。

例如， 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。

2、链表与链表节点的实现

每个链表节点使用一个 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 所示。

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。

下图是由一个 list 结构和三个 listNode 结构组成的链表：

Redis 的链表实现的特性可以总结如下：

• 双向： 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、数组、单链表以及双向无环链表时间复杂度对比

我们可以看到在列表对象常用的操作中双向链表的优势所在。但双向链表因为使用两个额外的空间存储前驱和后继指针，因此在数据量较小的情况下会造成空间上的浪费(因为数据量小的时候速度上的差别不大，但空间上的差别很大)。这是一个时间换空间还是空间换时间的思想问题，Redis在列表对象中小数据量的时候使用压缩列表作为底层实现，而大数据量的时候才会使用双向无环链表。

4、重点

• 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。

本文仅供学习参考！