Redis鍊錶底層怎麼實現

底層實作

Redis的list資料結構底層實作是基於雙向鍊錶實作的。雙向鍊錶是一種常見的資料結構，它由一系列節點組成，每個節點都由一個listNode結構表示，其中包含了一個指向前一個節點的指標prev、一個指向後一個節點的指標next和一個存儲值的指標value。 Redis中的雙向鍊錶是由節點組成的，每個節點代表一個元素，並透過指標連接起來。

雙向鍊錶的好處是可以快速地在頭部和尾部進行插入和刪除操作。在Redis中，當一個新的元素被插入到List的頭部或尾部時，只需要修改新節點的prev和next指標以及原來頭部或尾部節點的prev或next指標即可完成插入操作，時間複雜度為O(1)。同樣的，當一個元素被刪除時，只需要修改前一個節點的next指標或後者節點的prev指標即可完成刪除操作，時間複雜度也為O(1)。

Redis採用了其他技術來提高List資料結構的效能，除了使用雙向鍊錶。例如，當List中的元素數量超過一定閾值時，Redis會將List轉換為壓縮清單（zip list），這樣可以減少記憶體的使用和提高存取速度。在對List進行迭代操作時，Redis使用了迭代器（iterator）來遍歷List中的元素，這可以避免在遍歷過程中對List進行修改而導致的錯誤。

Redis的list類型資料結構允許在清單的開頭或結尾新增或刪除元素，也可以在指定位置插入或刪除元素。這些操作都可以在常數時間內完成，因為Redis的雙向鍊錶實作支援快速存取頭部和尾部節點，以及在指定位置插入和刪除節點。

以下是一些常見的Redis list操作及其時間複雜度：

• LPUSH：在頭部插入元素，時間複雜度為O(1)。

• RPUSH：在尾部插入元素，時間複雜度為O(1)。

• LPOP：刪除頭部元素，時間複雜度為O(1)。

• RPOP：刪除尾端元素，時間複雜度為O(1)。

• LINDEX：存取指定位置的元素，時間複雜度為O(n)。

• LINSERT：在指定位置插入元素，時間複雜度為O(n)。

• LREM：刪除指定元素，時間複雜度為O(n)。

原始碼實作

Redis List資料結構的底層程式碼實作demo，使用C語言實作：

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

typedef struct list {
    listNode *head;
    listNode *tail;
    unsigned long len;
} list;

list *listCreate(void) {
    list *l;

    if ((l = malloc(sizeof(*l))) == NULL) return NULL;
    l->head = l->tail = NULL;
    l->len = 0;
    return l;
}

void listRelease(list *list) {
    unsigned long len;
    listNode *current, *next;

    current = list->head;
    len = list->len;
    while(len--) {
        next = current->next;
        free(current);
        current = next;
    }
    free(list);
}

listNode *listAddNodeHead(list *list, void *value) {
    listNode *node;

    if ((node = malloc(sizeof(*node))) == NULL) return NULL;
    node->value = value;
    if (list->len == 0) {
        list->head = list->tail = 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;
}

listNode *listAddNodeTail(list *list, void *value) {
    listNode *node;

    if ((node = malloc(sizeof(*node))) == NULL) return NULL;
    node->value = value;
    if (list->len == 0) {
        list->head = list->tail = node;
        node->prev = node->next = NULL;
    } else {
        node->prev = list->tail;
        node->next = NULL;
        list->tail->next = node;
        list->tail = node;
    }
    list->len++;
    return node;
}

void listDelNode(list *list, listNode *node) {
    if (node->prev)
        node->prev->next = node->next;
    else
        list->head = node->next;
    if (node->next)
        node->next->prev = node->prev;
    else
        list->tail = node->prev;
    free(node);
    list->len--;
}

以上程式碼實作了List資料結構的基本操作，包括建立List、釋放List、在頭部和尾部插入元素以及刪除元素。這些操作的時間複雜度都是O(1)。

生產實戰妙用

Redis List 資料結構在生產環境中有很多妙用：

• 訊息佇列：Redis List 可以用作訊息佇列，生產者將訊息push 到List 中，消費者透過blpop、brpop 等命令阻塞式地獲取訊息並進行處理，從而實現了簡單的訊息隊列。

• 排行榜：Redis List 的push 和pop 操作都是O(1) 的時間複雜度，可以將使用者的分數作為值儲存在List 中，然後透過lrange 指令取得排行榜。

• 最近聯絡人清單：可以將使用者最近聯絡人的ID 儲存在List 中，每當使用者與某個聯絡人互動時，將該聯絡人的ID 移至List 的頭部，這樣就可以透過lrange 指令取得使用者最近聯絡人清單。

• 分頁查詢：可以將資料儲存在 List 中，然後使用 lrange 指令進行分頁查詢。

• 慢日誌：Redis 可以記錄執行時間超過一定閾值的命令，將這些命令的資訊儲存在 List 中，透過 lrange 命令取得慢日誌資訊。

• 聊天室：可以將聊天室中的訊息儲存在 List 中，每當有新訊息時，將其 push 到 List 中，然後透過 lrange 指令取得最新的訊息。

• 任務佇列：可以將需要執行的任務儲存在 List 中，然後透過 lpop 指令取得任務並執行。

• 即時數據統計：可以將即時數據儲存在 List 中，然後透過 lrange 指令取得一定時間範圍內的數據，並進行統計分析。

• 队列延迟处理：可以将需要延迟处理的任务存储在 List 中，同时将任务的执行时间作为 score 存储在 Sorted Set 中，然后使用 Redis 的定时任务功能，每隔一段时间就将 Sorted Set 中过期的任务移动到 List 中，然后通过 lpop 命令获取任务并执行。

• 日志收集：可以将应用程序的日志信息存储在 List 中，然后通过 lrange 命令获取日志信息进行分析和处理。

实战实例

基于 Redis List 数据结构实现消息队列的 Java 代码示例：

import redis.clients.jedis.Jedis;

public class RedisMessageQueue {
    private Jedis jedis;
    private String queueKey;

    public RedisMessageQueue(Jedis jedis, String queueKey) {
        this.jedis = jedis;
        this.queueKey = queueKey;
    }

    public void enqueue(String message) {
        jedis.rpush(queueKey, message);
    }

    public String dequeue() {
        return jedis.lpop(queueKey);
    }
}

示例中，定义了一个 RedisMessageQueue 类，包含一个 Jedis 对象和一个队列键名 queueKey。enqueue 方法用于将消息 push 到队列中，dequeue 方法用于从队列中获取消息并将其 pop 出来，使用该类可以方便地实现消息队列功能。

使用方法如下：

import redis.clients.jedis.Jedis;

public class TestRedisMessageQueue {
    public static void main(String[] args) {
        Jedis jedis = new Jedis("localhost");
        RedisMessageQueue queue = new RedisMessageQueue(jedis, "myqueue");

        // 生产者向队列中添加消息
        queue.enqueue("Hello, Redis!");
        queue.enqueue("How are you?");

        // 消费者从队列中获取消息
        String message = queue.dequeue();
        while (message != null) {
            System.out.println("Received message: " + message);
            message = queue.dequeue();
        }
    }
}

我已经构建了一个 RedisMessageQueue 实例，并向队列中添加了两条信息。接着，调用 dequeue 方法从队列中取出消息，并将其输出到控制台。

该示例代码仅为演示 Redis List 数据结构实现消息队列的思路，实际生产环境中需要考虑更多的细节问题，例如如何处理消息重复、如何保证消息的可靠性等等。

Redis 聊天室示例

import redis.clients.jedis.Jedis;
import redis.clients.jedis.JedisPubSub;

import java.util.Scanner;

public class RedisChatRoom {
    private Jedis jedis;
    private String channel;
    private String chatListKey;

    public RedisChatRoom(Jedis jedis, String channel, String chatListKey) {
        this.jedis = jedis;
        this.channel = channel;
        this.chatListKey = chatListKey;
    }

    public void start() {
        // 订阅 Redis 频道
        jedis.subscribe(new JedisPubSub() {
            @Override
            public void onMessage(String channel, String message) {
                System.out.println("Received message: " + message);
                // 将消息添加到聊天列表中
                jedis.rpush(chatListKey, message);
            }
        }, channel);

        // 发布消息到 Redis 频道
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        while (true) {
            System.out.print("Enter message: ");
            String message = scanner.nextLine();
            jedis.publish(channel, message);
        }
    }

    public void printChatList() {
        // 获取聊天列表中的所有消息并输出到控制台
        System.out.println("Chat list:");
        for (String message : jedis.lrange(chatListKey, 0, -1)) {
            System.out.println(message);
        }
    }
}

示例中，RedisChatRoom 类中添加了一个聊天列表 chatListKey，用于存储聊天室中的所有消息。在订阅 Redis 频道时，通过 JedisPubSub 的 onMessage 方法将收到的消息添加到聊天列表中。在 printChatList 方法中，通过 lrange 命令获取聊天列表中的所有消息，并输出到控制台中。

使用方法如下：

import redis.clients.jedis.Jedis;

public class TestRedisChatRoom {
    public static void main(String[] args) {
        Jedis jedis = new Jedis("localhost");
        RedisChatRoom chatRoom = new RedisChatRoom(jedis, "mychannel", "mychatlist");
        chatRoom.start();
        chatRoom.printChatList();
    }
}

创建了一个 RedisChatRoom 对象，并指定了频道名为 mychannel 和聊天列表键名为 mychatlist。执行 start 方法即可开始 Redis 频道的订阅并发布消息。在最后一步中，使用 printChatList 方法从聊天列表中获取所有消息并输出到控制台上。

该示例仅仅简单演示 Redis List 数据结构实现聊天室的思路，实际项目中需要更周全的设计以及考虑。

以上是Redis鍊錶底層怎麼實現的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！