菜鸟nginx源码剖析数据结构篇（四）红黑树ngx_rbtree_t[转]

菜鸟nginx源码剖析数据结构篇（四）红黑树ngx_rbtree_t

 

• Author：Echo Chen（陈斌）

• Email：chenb19870707@gmail.com

• Blog：Blog.csdn.net/chen19870707

• Date：October 27h, 2014

   

   

  1.ngx_rbtree优势和特点

   

      ngx_rbtree是一种使用红黑树实现的关联容器，关于红黑树的特性，在《手把手实现红黑树》已经详细介绍，这里就只探讨ngx_rbtree与众不同的地方；ngx_rbtree红黑树容器中的元素都是有序的，支持快速索引，插入，删除操作，也支持范围查询，遍历操作，应用非常广泛。

   

  2.源代码位置

   

  头文件：http://trac.nginx.org/nginx/browser/nginx/src/core/ngx_rbtree.h

  源文件：http://trac.nginx.org/nginx/browser/nginx/src/core/ngx_rbtree.c

   

  3.数据结构定义

   

  可以看到ngx_rbtree的结点ngx_rbtree_node_t结构跟一般的红黑树差不多，都是由键值key、左孩子left、右孩子right、父亲结点parent、颜色值color，不同的是ngx_rbtree_node_t这里多了一个data，但根据官方文档记在，由于data只有一个字节，表示太少，很少使用到。

   

  ngx_rbtree_t的结构也与一般红黑树相同，右root结点和哨兵叶子结点（sentinel）组成，不同的是这里多了一个 函数指针inserter，它决定了在添加结点是新加还是替换。

   

   

  4.ngx_rbtree初始化 ngx_rbtree_init

   

  其中tree为ngx_rbtree_t类型，即为红黑树，s为ngx_rbtree_node_t，是rbtree的根节点，i即为上节提到的决定插入是新结点还是替换的函数指针。首先将根节点涂成 黑色（红黑树基本性质），然后把 红黑树的 根节点和 哨兵结点 都指向这个结点。

   

   

  5.ngx_rbtree 左旋 ngx_rbtree_left_rotate 和 右旋 ngx_rbtree_right_rotate

   

  可以看到，经典代码总是永恒的，ngx_rbtree的左旋右旋也是参考《算法导论》导论中的步骤和伪代码，对照我自己的实现的《手把手实现红黑树》，与我自己实现的左旋右旋代码基本一致，我图解了详细的过程，有不清楚的可以参考《手把手实现红黑树》。

   

   

   

   

   

  6.ngx_rbtree插入 ngx_rbtree_insert

  ngx_rbtree_insert也是分为两步，插入和调整，由于这两项都在《手把手实现红黑树》中做了详细解释，这里就不在啰嗦，这里值得一提的是，还记得node_rbtree_t 结构中的insert指针吗？这里就是通过这个函数指针来实现的插入。一个小小的技巧就实现了多态；并且它给出了 唯一值和时间类型的key 插入方法，可以满足一般需求，用户也可以实现自己的插入方法。

  void
  ngx_rbtree_insert(ngx_thread_volatile ngx_rbtree_t *tree,
      ngx_rbtree_node_t *node)
  {
      ngx_rbtree_node_t  **root, *temp, *sentinel;
  
      /* a binary tree insert */
  
      root = (ngx_rbtree_node_t **) &tree->root;
      sentinel = tree->sentinel;
  
      if (*root == sentinel) {
          node->parent = NULL;
          node->left = sentinel;
          node->right = sentinel;
          ngx_rbt_black(node);
          *root = node;
  
          return;
      }
  
      tree->insert(*root, node, sentinel);
  
      /* re-balance tree */
  
      while (node != *root && ngx_rbt_is_red(node->parent)) {
  
          if (node->parent == node->parent->parent->left) {
              temp = node->parent->parent->right;
  
              if (ngx_rbt_is_red(temp)) {
                  ngx_rbt_black(node->parent);
                  ngx_rbt_black(temp);
                  ngx_rbt_red(node->parent->parent);
                  node = node->parent->parent;
  
              } else {
                  if (node == node->parent->right) {
                      node = node->parent;
                      ngx_rbtree_left_rotate(root, sentinel, node);
                  }
  
                  ngx_rbt_black(node->parent);
                  ngx_rbt_red(node->parent->parent);
                  ngx_rbtree_right_rotate(root, sentinel, node->parent->parent);
              }
  
          } else {
              temp = node->parent->parent->left;
  
              if (ngx_rbt_is_red(temp)) {
                  ngx_rbt_black(node->parent);
                  ngx_rbt_black(temp);
                  ngx_rbt_red(node->parent->parent);
                  node = node->parent->parent;
  
              } else {
                  if (node == node->parent->left) {
                      node = node->parent;
                      ngx_rbtree_right_rotate(root, sentinel, node);
                  }
  
                  ngx_rbt_black(node->parent);
                  ngx_rbt_red(node->parent->parent);
                  ngx_rbtree_left_rotate(root, sentinel, node->parent->parent);
              }
          }
      }
  
      ngx_rbt_black(*root);
  }

  6.1 唯一值类型插入

   

  这个即为一般红黑树的插入方法，循环，如果插入的值比当前节点小，就进入左子树，否则进入右子树，直至遇到叶子结点，叶子节点就是要链入红黑树的位置。

  

  如果有相等的结点，会直接被覆盖，如上图插入key为2的结点，则当tmp 为2的结点时，p为叶子遍历结束，这样p就会被覆盖为新的值。

   

  6.2 唯一时间类型插入

   

  唯一区别就是判断大小时，采用了两个值相减，避免溢出。

   

   

  7.ngx_rbtree删除ngx_rbtree_delete

  也是按照《算法导论》上的步骤，先删除后调整，在《手把手实现红黑树》已介绍，请参考

   

  8.实战

   

  由于ngx_rbtree_t未牵涉到内存池，所以非常容易抽出来使用，如下为实现了插入、打印最小值、删除的例子

   

  运行结果：

  

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