Redis之環(huán)形鏈表分析

Redis是一個(gè)高性能的Key-Value數(shù)據(jù)庫(kù)，它廣泛應(yīng)用于緩存、消息隊(duì)列、計(jì)數(shù)器等方面，在Redis中，關(guān)鍵性能的優(yōu)化方案之一就是采用環(huán)形鏈表（circular linked list）。

環(huán)形鏈表是一種特殊的鏈表，它的最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)指向第一個(gè)節(jié)點(diǎn)，形成一個(gè)環(huán)狀，如圖所示：


環(huán)形鏈表具有循環(huán)訪問(wèn)的優(yōu)勢(shì)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以通過(guò)next指針遍歷整個(gè)鏈表，因此在Redis的實(shí)現(xiàn)中，非常適合用來(lái)實(shí)現(xiàn)鏈表、隊(duì)列等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

在Redis中，環(huán)形鏈表還提供了一些特殊的優(yōu)化，包括對(duì)于新增和刪除節(jié)點(diǎn)操作的特殊處理，減少了空間的浪費(fèi)，提高了性能。

下面我們來(lái)看看Redis是如何實(shí)現(xiàn)環(huán)形鏈表的。

我們來(lái)看看鏈表節(jié)點(diǎn)的定義，Redis中定義了如下的鏈表節(jié)點(diǎn)：

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

– prev: 指向前一個(gè)節(jié)點(diǎn)的指針；

– next: 指向后一個(gè)節(jié)點(diǎn)的指針；

– value: 節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)的值。

在Redis中，每個(gè)鏈表都有一個(gè)表頭，它是一個(gè)特殊的節(jié)點(diǎn)，不存儲(chǔ)任何值，它的prev指針指向鏈表的最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)，next指針指向第一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這樣就構(gòu)成了一個(gè)完整的環(huán)形鏈表。

在對(duì)鏈表進(jìn)行添加或刪除操作時(shí)，Redis為鏈表新增或刪除節(jié)點(diǎn)的操作，提供了特殊的函數(shù)。

以添加節(jié)點(diǎn)操作為例，Redis提供了以下函數(shù)：

listNode *listAddNodeHead(list *list, void *value) {
    listNode *node;
    if ((node = zmalloc(sizeof(*node))) == NULL)
        return NULL;
    node->value = value;
    if (list->len == 0) {
        list->tl = list->head = node;
        node->prev = node->next = NULL;
    } else {
        node->prev = NULL;
        node->next = list->head;
        list->head->prev = node;
        list->head = node;
    }
    list->len++;
    return node;
}

該函數(shù)把新節(jié)點(diǎn)加到鏈表的頭部。由于鏈表節(jié)點(diǎn)是環(huán)形的，所以當(dāng)鏈表為空時(shí)，新節(jié)點(diǎn)既是頭結(jié)點(diǎn)也是尾節(jié)點(diǎn)，而且前驅(qū)和后繼都是NULL。其他情況下，新節(jié)點(diǎn)的前置結(jié)構(gòu)指向NULL，后驅(qū)結(jié)構(gòu)指向原頭結(jié)點(diǎn)，原頭結(jié)點(diǎn)的前置節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)指向新節(jié)點(diǎn)，鏈表頭結(jié)點(diǎn)更新為新節(jié)點(diǎn)。

類似的，Redis還提供了listAddNodeTl函數(shù)用于在鏈表的尾部添加節(jié)點(diǎn)，同時(shí)還提供了刪除鏈表節(jié)點(diǎn)的函數(shù)。

Redis中使用環(huán)形鏈表來(lái)實(shí)現(xiàn)了多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如列表、隊(duì)列、棧等，從而大幅提高了性能，為Redis的高性能提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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