Redis 的 List 类型是如何实现的?

推荐答案

Redis 的 List 类型是通过双向链表(Doubly Linked List)和压缩列表(Ziplist)两种数据结构实现的。具体使用哪种结构取决于列表的元素数量和元素大小。

  • 双向链表:当列表中的元素数量较多或元素较大时,Redis 使用双向链表来存储数据。双向链表的每个节点都包含指向前一个节点和后一个节点的指针,因此可以在 O(1) 时间复杂度内进行插入和删除操作。

  • 压缩列表:当列表中的元素数量较少且元素较小时,Redis 使用压缩列表来存储数据。压缩列表是一种紧凑的、连续的内存结构,能够节省内存空间。压缩列表适合存储小型的列表数据,但在插入和删除操作时可能需要重新分配内存,因此时间复杂度较高。

本题详细解读

1. 双向链表的实现

Redis 的双向链表实现基于 adlist.hadlist.c 文件。每个链表节点(listNode)包含以下字段:

  • prev:指向前一个节点的指针。
  • next:指向后一个节点的指针。
  • value:存储节点的值。

链表结构(list)包含以下字段:

  • head:指向链表头节点的指针。
  • tail:指向链表尾节点的指针。
  • len:链表的长度。
  • dupfreematch:用于节点值的复制、释放和比较的函数指针。

双向链表的优点在于插入和删除操作的时间复杂度为 O(1),但每个节点需要额外的指针空间,因此内存开销较大。

2. 压缩列表的实现

压缩列表是 Redis 为了节省内存而设计的一种紧凑数据结构。它由一系列连续的字节组成,每个元素可以是一个整数或字符串。压缩列表的结构如下:

  • zlbytes:压缩列表的总字节数。
  • zltail:指向列表尾部的偏移量。
  • zllen:列表中的元素数量。
  • entry:列表中的每个元素,包含前一个元素的长度、当前元素的编码和内容。
  • zlend:压缩列表的结束标记。

压缩列表的优点是内存占用小,适合存储小型列表。但由于元素是连续存储的,插入和删除操作可能需要移动大量数据,因此时间复杂度较高。

3. 数据结构的选择

Redis 在创建列表时会根据配置参数 list-max-ziplist-sizelist-max-ziplist-entries 来决定使用哪种数据结构:

  • 如果列表的元素数量小于 list-max-ziplist-entries 且每个元素的大小小于 list-max-ziplist-size,则使用压缩列表。
  • 否则,使用双向链表。

这种动态选择数据结构的策略使得 Redis 在内存使用和性能之间取得了良好的平衡。

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