Redis链表底层怎么实现

底层实现

Redis的list数据结构底层实现是基于双向链表实现的。双向链表是一种常见的数据结构，它由一系列节点组成，每个节点都由一个listNode结构表示，其中包含了一个指向前一个节点的指针prev、一个指向后一个节点的指针next和一个存储值的指针value。Redis中的双向链表是由节点组成的，每个节点代表着一个元素，并通过指针连接起来。

双向链表的好处是可以快速地在头部和尾部进行插入和删除操作。在Redis中，当一个新的元素被插入到List的头部或者尾部时，只需要修改新节点的prev和next指针以及原来头部或尾部节点的prev或next指针即可完成插入操作，时间复杂度为O(1)。同样的，当一个元素被删除时，只需要修改前一个节点的next指针或者后一个节点的prev指针即可完成删除操作，时间复杂度也为O(1)。

Redis如何实现链表底层结构

Redis采用了其他技术来提高List数据结构的性能，除了使用双向链表。例如，当List中的元素数量超过一定阈值时，Redis会将List转换为压缩列表（zip list），这样可以减少内存的使用和提高访问速度。在对List进行迭代操作时，Redis使用了迭代器（iterator）来遍历List中的元素，这样可以避免在遍历过程中对List进行修改而导致的错误。

Redis的list类型数据结构允许在列表的开头或结尾添加或删除元素，还可以在指定位置插入或删除元素。这些操作都可以在常数时间内完成，因为Redis的双向链表实现支持快速访问头部和尾部节点，以及在指定位置插入和删除节点。

下面是一些常见的Redis list操作及其时间复杂度：

  • LPUSH：在头部插入元素，时间复杂度为O(1)。

  • RPUSH：在尾部插入元素，时间复杂度为O(1)。

  • LPOP：删除头部元素，时间复杂度为O(1)。

  • RPOP：删除尾部元素，时间复杂度为O(1)。

  • LINDEX：访问指定位置的元素，时间复杂度为O(n)。

  • LINSERT：在指定位置插入元素，时间复杂度为O(n)。

  • LREM：删除指定元素，时间复杂度为O(n)。

源码实现

Redis List数据结构的底层代码实现demo，使用C语言实现：

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--;

}

以上代码实现了List数据结构的基本操作，包括创建List、释放List、在头部和尾部插入元素以及删除元素。这些操作的时间复杂度都为O(1)。

生产实战妙用

Redis List 数据结构在生产环境中有很多妙用：

  • 消息队列：Redis List 可以用作消息队列，生产者将消息 push 到 List 中，消费者通过 blpop、brpop 等命令阻塞式地获取消息并进行处理，从而实现了简单的消息队列。

  • 排行榜：Redis List 的 push 和 pop 操作都是 O(1) 的时间复杂度，可以将用户的分数作为值存储在 List 中，然后通过 lrange 命令获取排行榜。

  • 最近联系人列表：可以将用户最近联系人的 ID 存储在 List 中，每当用户与某个联系人进行交互时，将该联系人的 ID 移动到 List 的头部，这样就可以通过 lrange 命令获取用户最近联系人列表。

  • 分页查询：可以将数据存储在 List 中，然后使用 lrange 命令进行分页查询。

  • 慢日志：Redis 可以记录执行时间超过一定阈值的命令，将这些命令的信息存储在 List 中，通过 lrange 命令获取慢日志信息。

  • 聊天室：可以将聊天室中的消息存储在 List 中，每当有新消息时，将其 push 到 List 中，然后通过 lrange 命令获取最新的消息。

  • 任务队列：可以将需要执行的任务存储在 List 中，然后通过 lpop 命令获取任务并执行。

  • 实时数据统计：可以将实时数据存储在 List 中，然后通过 lrange 命令获取一定时间范围内的数据，并进行统计分析。

  • 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。



Redis是一个流行的内存数据库，使用链表作为其底层数据结构之一。那么Redis是如何实现这个链表的呢？本文将给您一一分解。
链表的概念
在计算机科学中，一个链表是一个数据元素的线性集合，其中每个元素指向下一个元素，从而创建了一个链的结构。每个链表元素由一个值和一个指向指针组成。链表从头节点开始，顺序地遍历每个节点，直到找到需要的节点。
Redis链表的组成
Redis链表是由多个列表节点（listNode）组成的。每个列表节点都包含了存储的元素，以及指向前驱节点和后继节点的指针。这些指针也叫作前置节点（prev）指针和后置节点（next）指针。
链表的终结
Redis将链表的头节点和尾节点分别称为表头节点和表尾节点。表头节点是链表的起点，指向第一个节点；表尾节点是链表的终点，指向最后一个节点。
链表的迭代
在Redis中，通过listIter结构体来迭代一个链表的节点。其中就包含了指向表头与表尾节点的指针，以及表示当前节点的指针等信息。这使得用户可以迭代整个链表，并且同时可以在链表中进行增、删、改和查各种操作。
结语
通过对Redis链表底层实现的分析，我们可以知道Redis的链表不仅仅只是一个简单的数据结构，而是在实际工作中具有极大的使用价值。有了这款基于链表的内存数据库，我们可以更加高效便捷地进行数据操作，从而提高自身的工作效率。