Redis从入门到精通【高阶篇】之底层数据结构链表包(listpacks)详解

0.前言

上个篇章回顾，我们上个章节我们学习了《Redis从入门到精通【高阶篇】之底层数据结构字典(Dictionary)详解》

本文将Redis底层数据结构 listpacks（链表包）详解，它用于实现列表数据类型。listpacks是一种紧凑的连续内存块，其设计目标是减少内存的占用，通过紧凑的内存布局和多种数据类型的编码方式，提供了高效的插入和删除操作。

listpacks的结构如下：

|------------------|
| zlbytes          | 4字节，列表总字节数
| zltail           | 4字节，列表尾节点偏移量
| zllen            | 2字节，列表节点数量
| entry1           | 列表节点1
| entry2           | 列表节点2
|      ...         |
| entryN           | 列表节点N
|------------------|

每个列表节点（entry）都包含以下信息：

|------------------|
| prevlen          | 变长字段，前一个节点的长度
| encoding         | 1字节，数据编码方式
| content          | 变长字段，节点数据
|------------------|

listpacks中的节点数据可以是字符串、整数或浮点数。根据节点数据的类型不同，编码方式也不同，包括整数编码、字符串编码和浮点数编码。

listpacks的优点在于：

1. 紧凑的内存布局，减少了内存碎片和空间占用；
2. 插入和删除操作的性能较好，特别是在列表的两端进行操作时；
3. 支持多种数据类型的编码方式，提供了灵活性。

需要注意的是，listpacks适用于较小的列表，当列表较大时，其性能可能会下降。在这种情况下，可以使用另一种底层数据结构ziplist（压缩列表）来代替listpacks。ziplist使用类似的原理，但在处理大型列表时具有更好的性能表现。

2. listpacks（紧凑列表）

listpacks是一种紧凑的、高效的数据结构，用于解决列表操作中的内存浪费问题。

在listpacks中，每个节点中可以包含多个元素，每个元素由长度和数据两部分组成。通过使用可变长度的数据和长度字段，listpacks可以在保证高效的操作性能的同时，减少内存的浪费，提高内存利用率。

listpacks在Redis中被广泛应用于实现列表等数据结构。通过使用listpacks，Redis可以在保证高效的操作性能的同时，减少内存的浪费，提高内存利用率。
listpacks是一种紧凑的、高效的数据结构，主要用于解决列表操作中的内存浪费问题。在Redis中，listpacks被用来实现列表等功能。

在传统的双向链表中，每个节点都需要存储指向前驱节点和后继节点的指针，这会导致内存浪费。而在listpacks中，多个节点的数据被紧密地存储在一个连续的内存块中，不需要存储指针，从而减少了内存的浪费。

listpacks的具体实现方法为：将每个节点的数据按照一定的格式编码，并依次存储在一个连续的内存块中，每个节点的数据之间使用特定的标记分隔。在查找节点时，可以通过偏移量定位到节点的位置，并通过解码获取节点的数据。

在Redis中，listpacks被用来实现列表等数据结构。通过使用listpacks，Redis可以在保证高效的操作性能的同时，减少内存的浪费，提高内存利用率。

2. 源码解析

ListPacks的源码实现位于Redis的src/listpack.c文件中。下面我将简要解析ListPacks的源码实现。

上面截图中listpacks模块相关的函数声明。我大概进行个说明

• lpNew：创建一个新的listpack，返回一个指向新listpack的指针。
• lpFree：释放listpack的内存空间。
• lpInsert：在指定位置插入一个元素，参数包括插入的位置、元素的内容和大小。插入成功，函数返回listpack的新起始位置。
• lpAppend：在listpack的末尾追加一个元素，参数包括元素的内容和大小。如果追加成功，函数返回listpack的新起始位置。
• lpDelete：删除指定位置的元素，参数包括要删除的位置。如果删除成功，函数返回listpack的新起始位置。
• lpLength：返回listpack中元素的数量。
• lpGet：获取指定位置的元素及其整数值，参数包括要获取的位置和一个缓冲区用于存储整数值。返回指向元素内容的指针。
• lpFirst：返回listpack中的第一个元素。
• lpLast：返回listpack中的最后一个元素。
• lpNext：返回指定位置的下一个元素。
• lpPrev：返回指定位置的前一个元素。
• lpBytes：返回listpack占用的字节数。
• lpSeek：返回指定索引位置的元素。

但是上面的函数的定义，具体实现是在Redis源码的src/listpack.c文件中和我们之前讲过的IntSet类似。在listpack.c文件中，你可以找到每个函数的具体实现代码。你可以通过扫一遍代码来深入了解这些函数的具体实现细节，以及listpack数据结构的底层实现原理。

3. 总结

listpacks是Redis中重要的底层数据结构，它们为Redis提供了高效的数据存储和操作能力。基 listpacks可以用来实现列表等数据结构。在实际的Redis应用中，了解和理解这些底层数据结构的实现原理，对于提高Redis的性能和使用效果是非常有帮助的。

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