【Redis基础知识 六】Redis底层数据编码之链表

简介: 【Redis基础知识 六】Redis底层数据编码之链表

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,但是由于C语言没有链表的数据结构,所以Redis的链表是自己定义的结构。

链表的数据结构

链表是由一个个链表节点加上一些属性和函数组成的。

链表节点结构

链表单节点的数据结构如下,包含三部分属性,prev、next以及value,用来描述一个链表单节点的结构体:

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

示例如下图所示:

链表结构

同时Redis为了方便的操作链表,提供了一个list结构来持有链表,也就是我们的链表结构,如下所示

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

用代码来描述如下所示:

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;

链表结构优势

链表结构的优势其实在很多语言中都有体现,在Redis这里由于特殊的设计结构,又有些不一样的地方,总而言之如下:

  • 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

正是由于这些优势,链表编码有广泛的用途:比如Redis列表数据对象、发布与订阅、慢查询、监视器等

链表常用API

链表的常用API如下所示,可以看到大多数操作都是O(1)的,可以说Redis的数据结构设计都是以牺牲空间为代价追求时间的,速度一定要快,我是缓存我一定要快!

参考《Redis的设计与实现》、Redis数据结构——链表

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