链表在 Redis 中的应用非常广泛, 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.
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 服务器还使用链表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）.
1. 链表的定义
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;使用 adlist.h/list 来操作链表会更方便
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;可见, 它是一个双向链表.
head, tail 和 len 分别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.
(有点面向对象的味道)
2. 链表的API
| 函数 | 作用 | 时间复杂度 |
|---|---|---|
| listSetDupMethod | 将给定的函数设置为链表的节点值复制函数 | O(1) |
| listGetDupMethod | 返回链表当前正在使用的节点值复制函数 | 复制函数可以通过链表的 dup 属性直接获得, O(1) |
| listSetFreeMethod | 将给定的函数设置为链表的节点值释放函数 | O(1) |
| listGetFree | 返回链表当前正在使用的节点值释放函数 | 释放函数可以通过链表的 free属性直接获得, O(1) |
| listSetMatchMethod | 将给定的函数设置为链表的节点值对比函数 | O(1) |
| listGetMatchMethod | 返回链表当前正在使用的节点值对比函数 | 对比函数可以通过链表的 match 属性直接获得, O(1) |
| listLength | 返回链表的长度(包含了多少个节点) | 链表长度可以通过链表的 len 属性直接获得, O(1) |
| listFirst | 返回链表的表头节点 | 表头节点可以通过链表的 head 属性直接获得, O(1) |
| listLast | 返回链表的表尾节点 | 表尾节点可以通过链表的 tail 属性直接获得, O(1) |
| listPrevNode | 返回给定节点的前置节点 | 前置节点可以通过节点的 prev 属性直接获得, O(1) |
| listNextNode | 返回给定节点的后置节点 | 后置节点可以通过节点的 next 属性直接获得, O(1) |
| listNodeValue | 返回给定节点目前正在保存的值 | 节点值可以通过节点的 value 属性直接获得, O(1) |
| listCreate | 创建一个不包含任何节点的新链表 | O(1) |
| listAddNodeHead | 将一个包含给定值的新节点添加到给定链表的表头 | O(1) |
| listAddNodeTail | 将一个包含给定值的新节点添加到给定链表的表尾 | O(1) |
| listInsertNode | 将一个包含给定值的新节点添加到给定节点的之前或者之后 | O(1) |
| listSearchKey | 查找并返回链表中包含给定值的节点 | 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, 然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副本 | O(N), N 为链表长度 |
| listRelease | 释放给定链表, 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, 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 结构的 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, 可以用于保存各种不同类型的值.
4. 重点回顾
- 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.
