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:> rpush integers "" "" "" "" "" "" "" "" "" ""
(integer)
127.0.0.1:> llen integers
(integer)
127.0.0.1:> lrange integers
) ""
) ""
) ""
) ""
) ""
) ""

　　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

函数	作用
listSetDupMethod	将给定的函数设置为链表的节点值复制函数
listGetDupMethod	返回链表当前正在使用的节点值复制函数
listSetFreeMethod	将给定的函数设置为链表的节点值释放函数
listGetFree	返回链表当前正在使用的节点值释放函数
listSetMatchMethod	将给定的函数设置为链表的节点值对比函数
listGetMatchMethod	返回链表当前正在使用的节点值对比函数
listLenth	返回链表的长度(包含多少节点)
listFirst	返回链表的表头节点
listLast	返回链表的表尾节点
listPrevNode	返回给定节点的前置节点
listNextNode	返回给定节点的后置节点
listNodeValue	返回给定节点目前正在保存的值
listCreate	创建一个不包含任何节点的新链表
listAddNodeHead	将一个包含给定值的新节点添加到给定链表的表头
listAddNodeTail	将一个包含给定值的新节点添加到给定链表的表尾
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
listSearchKey	查找并返回链表中包含给定值的节点
listIndex	返回链表在给定索引上的节点
listDelNode	从链表中删除给定节点
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
listDup	复制一个给定链表的副本
listRelease	释放给定链表，以及链表中的所有节点

　　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。