Redis 源码分析(二) ：ADList

Redis 源码分析(二) ：ADList

概述

ADList(A generic doubly linked list)是 redis 自定义的一种双向链表，广泛运用于 redisClients 、 redisServer 、发布订阅、慢查询、监视器等。（注：3.0及以前还会被运用于list结构中，在3.2以后被quicklist取代）。

• 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。
• 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。
• 链表结构是 Redis 中一个常用的结构，它可以存储多个字符串
• 它是有序的
• 能够存储2的32次方减一个节点（超过 40 亿个节点）
• Redis 链表是双向的，因此即可以从左到右，也可以从右到左遍历它存储的节点
• 链表结构查找性能不佳，但 插入和删除速度很快

由于是双向链表，所以只能够从左到右，或者从右到左地访问和操作链表里面的数据节点。 但是使用链表结构就意味着读性能的丧失，所以要在大量数据中找到一个节点的操作性能是不佳的，因为链表只能从一个方向中去遍历所要节点，比如从查找节点 10000 开始查询，它需要按照节点1 、节点 2、节点 3……直至节点 10000，这样的顺序查找，然后把一个个节点和你给出的值比对，才能确定节点所在。如果这个链表很大，如有上百万个节点，可能需要遍历几十万次才能找到所需要的节点，显然查找性能是不佳的。

链表结构的优势在于插入和删除的便利 ，因为链表的数据节点是分配在不同的内存区域的，并不连续，只是根据上一个节点保存下一个节点的顺序来索引而己，无需移动元素。

因为是双向链表结构，所以 Redis 链表命令分为左操作和右操作两种命令，左操作就意味着是从左到右，右操作就意味着是从右到左。

链表的数据结构

typedef struct listNode{
      struct listNode *prev;
      struct listNode * next;
      void * value;  
}

list_node.png

typedef struct list{
    //表头节点
    listNode  * head;
    //表尾节点
    listNode  * tail;
    //链表长度
    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.png

• dup为节点复制函数
• free为节点释放函数
• match为节点比较函数
  通过这样的定义，adlist有了以下优点：
• 双向：可以灵活的访问前置或者后置节点
• list头指针和尾指针：可以方便的获取头尾节点或者从头尾遍历查找
• len：使获取list由O(N)变为O(1)
• 通过void实现多态：不同的实例化链表对象可以持有不同的值，其对应的3个操作函数也可以自定义，是不是有点interface的感觉！

链表迭代器

typedef struct listIter {   // 列表迭代器
    listNode *next;
    int direction;  // 迭代器遍历方向
} listIter;

其中direction用于标识迭代器的遍历方向：

#define AL_START_HEAD 0     // 从头遍历
#define AL_START_TAIL 1     // 从尾遍历

通过定义listIter，redis 在需要遍历list时，不需要再复制各种tmp值，只需要调用listIter的遍历函数。 以listSearchKey为例：

listNode *listSearchKey(list *list, void *key)  // list查找key
{
    listIter iter;
    listNode *node;

    listRewind(list, &iter);    // 初始化迭代器
    while((node = listNext(&iter)) != NULL) {   // 迭代器遍历
        if (list->match) {  // 如果定义了match函数
            if (list->match(node->value, key)) {
                return node;
            }
        } else {    // 直接进行值比较
            if (key == node->value) {
                return node;
            }
        }
    }
    return NULL;
}

所有和遍历有关的行为都收敛到了listIter中，list就专注负责存储。

链表的特性

• 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时间复杂度都是O（N）
• 无环：表头节点的 prev 指针和表尾节点的next 都指向NULL，对立案表的访问时以NULL为截止
• 表头和表尾：因为链表带有head指针和tail 指针，程序获取链表头结点和尾节点的时间复杂度为O(1)
• 长度计数器：链表中存有记录链表长度的属性 len
• 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。

参考

深入浅出Redis-redis底层数据结构（上）

Redis-05Redis数据结构--链表( linked-list)

redis源码解读(二):基础数据结构之ADLIST