redis 系列4 数据结构之链表

一. 概述

　　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，并且可能通过增删节点来灵活地调整链表的长度。作为一种数据结构，在C语言中并没有内置的这种数据结构。所以Redis构建了自己的链表实现。链表在Redis中应用非常多，比如列表键的底层实现之一就是链表，当一个列表键包含了数量比较多的元素，又或者列表中包含的元素都是比较长的字符串时，Redis就会使用链表作为列表键的底层实现。

-- 例1：使用integers 列表键包含了从1到10，共有10个整数
127.0.0.1:6379> rpush integers "1" "2" "3" "4" "5" "6" "7" "8" "9" "10"
(integer) 10
127.0.0.1:6379> llen integers
(integer) 10
127.0.0.1:6379> lrange integers 0 5
1) "1"
2) "2"
3) "3"
4) "4"
5) "5"
6) "6"

　　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，除了链表键之外，发布与订阅，慢查询，监视器等功能也用到了链表。Redis服务器本身还使用链表来保存多个客户端的状态信息，以及使用链表来构建客户端输出缓冲区(output buffer)。

二 链表和链表节点定义

// 每个链表节点使用一个adlist.h/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; //别名

　　多个listNode可能通过prev和next指针组成双端链表。虽然使用多个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; //别名

　　在list结构中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。

三.Redis的链表实现的特性总结

　　(1)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0(1) 。

　　(2)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 。

　　(3)带表头指针和表尾指针：通过list结构的head指针和tail 指针，程序获取链接的表头节点和表尾节点的复杂度为0(1)

　　(4)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0(1)

　　(5)多态:链表节点使用void* 指针来保存节点值，并且可能通过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。

四. 链表和链表节点的API

　　总结:

　　　　(1) 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。

　　　　(2) 每个链表节点由一个listNode结构来表示，每个节点都有一个指定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。

　　　　(3) 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。

　　　　(4) 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。

　　　　(5) 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。