Redis双端链表

本文摘抄自redis源码学习笔记

双端链表在Redis中的地位：它作为一种通用数据结构，在Redis的内部使用非常多。是Redis列表结构的底层实现之一，也被大量Redis模块使用，用于构建其他功能。

双端链表的定义

Redis双端列表的定义可以参看 adlist.h 和 adlist.c 两个文件。
与双链表定义一致，引入了链表节点，并在此基础上增加头尾节点构建双端链表。

链表节点如下定义：

/* Node, List, and Iterator are the only data structures used currently. */  
/* 
 * 链表节点 
 */  
typedef struct listNode {  
    // 前驱节点  
    struct listNode *prev;  
    // 后继节点  
    struct listNode *next;  
    // 值  
    void *value;  
} listNode;  

链表如下定义：

/* 
* 链表 
*/  
typedef struct list {  
   // 表头指针  
   listNode *head;  
   // 表尾指针  
   listNode *tail;  
   // 节点数量  
   unsigned long len;  
   // 复制函数  
   void *(*dup)(void *ptr);  
   // 释放函数  
   void (*free)(void *ptr);  
   // 比对函数  
   int (*match)(void *ptr, void *key);  
} list;  

双端链表结构如下图所示：

listCreate

创建新链表
O(1)

listRelease

释放链表，以及该链表所包含的节点
O(N)

listDup

创建给定链表的副本
O(N)

listRotate

取出链表的表尾节点，并插入到表头
O(1)

listAddNodeHead

将包含给定值的节点添加到链表的表头
O(1)

listAddNodeTail

将包含给定值的节点添加到链表的表尾
O(1)

listInsertNode

将包含给定值的节点添加到某个节点的之前或之后
O(1)

listDelNode

删除给定节点
O(1)

listSearchKey

在链表中查找和给定 key 匹配的节点
O(N)

listIndex

给据给定索引，返回列表中相应的节点
O(N)

listLength

返回给定链表的节点数量
O(1)

listFirst

返回链表的表头节点
O(1)

listLast

返回链表的表尾节点
O(1)

listPrevNode

返回给定节点的前一个节点
O(1)

listNextNode

返回给定节点的后一个节点
O(1)

listNodeValue

返回给定节点的值
O(1)

双端列表的结构对于增加、删除 两种常用操作，复杂度降到了O(1)
这对于实现一些内部命令如LPUSH、RPOP 等平凡命令，降低了时间开销。

迭代器

Redis实现了一个双端链表的迭代器，方便从两个方向对双端链表进行迭代。
沿着节点 next 指针，从表头向表尾迭代
沿着节点 prev 指针，从表尾向表头迭代

迭代器定义如下：

/* 
 * 链表迭代器 
 */  
typedef struct listIter {  
    // 下一节点  
    listNode *next;  
    // 迭代方向  
    int direction;  
} listIter;  

获取迭代器实现如下：

/* 
* 创建列表 list 的一个迭代器，迭代方向由参数 direction 决定 
*  
* 每次对迭代器调用 listNext() ，迭代器就返回列表的下一个节点 
* 
* 这个函数不处理失败情形 
* 
* T = O(1) 
*/  
listIter *listGetIterator(list *list, int direction)  
{  
    listIter *iter;  
    if ((iter = zmalloc(sizeof(*iter))) == NULL) return NULL;  
    // 根据迭代的方向，将迭代器的指针指向表头或者表尾  
    if (direction == AL_START_HEAD)  
        iter->next = list->head;  
    else  
        iter->next = list->tail;  
    // 记录方向  
    iter->direction = direction;    
    return iter;  
}  

迭代器每次根据迭代方向，返回下一个节点。

双端链表用途

实现Redis列表类型

对列表类型的键进行操作时，程序底层操作可能就是用的双端链表。
比如执行 RPUSH、LPOP、LLEN 等命令。

redis> RPUSH brands Apple Microsoft Google(integer) 
3
redis> LPOP brands
"Apple"
redis> LLEN brands
(integer) 2
redis> LRANGE brands 0 -1
1) "Microsoft"
2) "Google"

RPUSH 的使用如下，其他命令可以查看.

RPUSH    key    value [value ...]

将一个或多个值 value 插入到列表 key 的表尾(最右边)。
如果有多个 value 值，那么各个 value 值按从左到右的顺序依次插入到表尾：比如对一个空列表 mylist 执行 RPUSH mylist a b c ，得出的结果列表为 a b c ，等同于执行命令 RPUSH mylist a 、 RPUSH mylist b 、 RPUSH mylist c 。
如果 key 不存在，一个空列表会被创建并执行 RPUSH 操作。
当 key 存在但不是列表类型时，返回一个错误。

Redis自身功能的构建

除了实现列表类型以外， 双端链表还被很多 Redis 内部模块所应用：
事务模块使用双端链表依序保存输入的命令
服务器模块使用双端链表来保存多个客户端
订阅/发送模块使用双端链表来保存订阅模式的多个客户端
事件模块使用双端链表来保存时间事件