Redis 源码解析 7：五大数据类型之列表
列表对象有 3 种编码：ziplist、linkedlist、quicklist。
ziplist和linkedlist是 3.2 版本之前的编码。quicklist是 3.2 版本新增的编码，ziplist和linkedlist在 3.2 版本及后续版本将不再是列表对象的编码。
编码定义如下(server.h)：
#define OBJ_ENCODING_LINKEDLIST 4
#define OBJ_ENCODING_ZIPLIST 5
#define OBJ_ENCODING_QUICKLIST 9
虽然 ziplist 和 linkedlist 不再被列表对象作为编码，但是我们还是有必要了解的。因为 quicklist 也是基于 ziplist 和 linkedlist 改良的。
ziplist
压缩列表 ziplist 在之前的文章 Redis 设计与实现 5：压缩列表 ziplist 有介绍过，结构如下：
我们使用命令操作列表的元素的时候，实际上就是在操作 entry 的数据。下面我们来举个栗子：
redis> RPUSH list_key 1 "ab" "d"
如果 list_key 用 ziplist 编码，那么结构如下图：
linkedlist
链表 linkedlist 的数据结构如下(adlist.h)，跟普通的链表差不多：
typedef struct list {
// 头结点
listNode *head;
// 尾节点
listNode *tail;
// 复制链表节点的值
void *(*dup)(void *ptr);
// 释放链表节点的值
void (*free)(void *ptr);
// 对比链表节点所保存的值跟输入的值是否相等
int (*match)(void *ptr, void *key);
// 链表包含的节点数
unsigned long len;
} list;
链表节点的结构也很简单：
typedef struct listNode {
// 前置节点
struct listNode *prev;
// 后置节点
struct listNode *next;
// 当前节点的值
void *value;
} listNode;
结构示意图如下：
数据将存储在 listNode 的 value 中，数据是一个字符串对象，用 redisObject 包裹着 sds。
例如可能是 embstr 编码的 sds ：
下面我们来举个栗子：
redis> RPUSH list_key 1 "ab" "d"
假如 list_key 的编码是 linkedlist，那么结构如下图：
quicklist
快速列表 quicklist 是 3.2 版本新添加的编码类型，结合了 ziplist 和 linkedlist 的一种编码。
同时在 3.2 版本中，列表也废弃了 ziplist 和 linkedlist。
通过上面的介绍，我们可以看出。双向链表的内存开销很大，每个节点的地址不连续，容易产生内存碎片，quicklist 利用 ziplist减少节点数量，但 ziplist 插入和删除数都很麻烦，复杂度高，为避免长度较长的 ziplist修改时带来的内存拷贝开销，通过配置项配置合理的 ziplist长度。
quicklist 的结构如下：
从上图可以看出，quicklist 跟 linkedlist 最大的不同就是，quicklist 的值指向的是 ziplist！ziplist 可比之前的 redisObject 节省了非常多的内存！
从另一个角度看，他就是把一个长的 ziplist 切割成多个小的 ziplist。
代码实现在 quicklist.h:
typedef struct quicklist {
quicklistNode *head;
quicklistNode *tail;
// 所有 ziplist 中所有的节点数
unsigned long count;
// quicklistNode 的数量
unsigned long len;
// 限定 ziplist 的最大大小，可通过配置文件配置
int fill : QL_FILL_BITS;
// 压缩程度，0 表示不压缩，可通过配置文件配置
unsigned int compress : QL_COMP_BITS;
// ...
} quicklist;
配置一：fill (控制 ziplist 大小)
太长的 ziplist 增删的复杂度高，所以 quicklist 用 fill 参数来控制 ziplist 的大小，它是通过配置文件的list-max-ziplist-size配置。
- 当数字为正数，表示：每个节点的
ziplist最多包含的entry个数。 - 当数字为负数：
- -1：每个节点的
ziplist字节大小不能超过4kb - -2：每个节点的
ziplist字节大小不能超过8kb (redis默认值) - -3：每个节点的
ziplist字节大小不能超过16kb - -4：每个节点的
ziplist字节大小不能超过32kb - -5：每个节点的
ziplist字节大小不能超过64kb
- -1：每个节点的
配置二：compress (控制压缩程度)
因为链表的特性，一般首尾两端操作较频繁，中部操作相对较少，所以 redis 提供压缩深度配置：list-compress-depth，也就是属性 compress 。
- 0：表示都不压缩。这是Redis的默认值。
- 1：表示
quicklist两端各有1个节点不压缩，中间的节点压缩。 - 2：表示
quicklist两端各有2个节点不压缩，中间的节点压缩。 - 3：表示
quicklist两端各有3个节点不压缩，中间的节点压缩。
quicklist 节点
typedef struct quicklistNode {
struct quicklistNode *prev;
struct quicklistNode *next;
// 不设置压缩数据参数 recompress 时指向一个 ziplist 结构
// 设置压缩数据参数recompress 时指向 quicklistLZF 结构
unsigned char *zl;
// ziplist 的字节数
unsigned int sz;
// ziplist 中包含的节点数量
unsigned int count : 16;
// 编码。1 表示压缩过，2 表示没压缩
unsigned int encoding : 2;
unsigned int container : 2; /* NONE==1 or ZIPLIST==2 */
// 标记 quicklist 节点的 ziplist 之前是否被解压缩过
// 如果recompress 为 1，则等待被再次压缩
unsigned int recompress : 1;
// ...
} quicklistNode;
压缩过的 ziplist 结构
typedef struct quicklistLZF {
// 表示被 LZF 算法压缩后的 ziplist 的大小
unsigned int sz;
// 压缩后的 ziplist 的数组，柔性数组
char compressed[];
} quicklistLZF;
quicklist 的常用操作
1. 插入
(1) quicklist 可以在头部或者尾部插入数据：quicklist.c/quicklistPushHead、quicklist.c/quicklistPushTail，我们就挑一个从头部插入的代码来看看吧(插入尾部的代码也是差不多的)(代码格式略微调整了一下)：
int quicklistPushHead(quicklist *quicklist, void *value, size_t sz) {
quicklistNode *orig_head = quicklist->head;
// 判断头结点上的 ziplist 大小是否没超过限制
if (likely(_quicklistNodeAllowInsert(quicklist->head, quicklist->fill, sz))) {
// 没超过限制，就插入到 ziplist 中。ziplistPush 是 ziplist.c 的方法
quicklist->head->zl = ziplistPush(quicklist->head->zl, value, sz, ZIPLIST_HEAD);
quicklistNodeUpdateSz(quicklist->head);
} else {
// ziplist 超过大小限制，则创新创建一个新的 quicklistNode
quicklistNode *node = quicklistCreateNode();
// 再创建新的 ziplist，然后把 ziplist 放到节点中
node->zl = ziplistPush(ziplistNew(), value, sz, ZIPLIST_HEAD);
quicklistNodeUpdateSz(node);
// 新的 quicklistNode 插入原来的头结点上，成为新的头结点
_quicklistInsertNodeBefore(quicklist, quicklist->head, node);
}
quicklist->count++;
quicklist->head->count++;
return (orig_head != quicklist->head);
}
(2) quicklist 也可以从任意指定的位置插入：quicklist.c/_quicklistInsert，实现相对来说比较复杂，我们就用文字说明(代码太长，感兴趣的读者自己去读吧)：
- 当前节点是
NULL：创建一个新的节点，插入就好。 - 当前节点的
ziplist大小没有超过限制时：直接插入到ziplist就好。 - 当前节点的
ziplist大小超过限制时：- 如果插入的位置是
ziplist的两端：- 如果相邻的节点的
ziplist大小没有超过限制，那么就插入到相邻节点的ziplist中。 - 如果相邻的节点的
ziplist大小也超过限制，这时需要创建一个新的节点插入。
- 如果相邻的节点的
- 如果插入的位置是
ziplist的中间：
则需要把当前ziplist从插入位置 分裂 (_quicklistSplitNode) 为两个节点，然后把数据插入第二个节点上。
- 如果插入的位置是
2. 查找
quicklist 支持通过 index 查找元素：quicklist.c/quicklistIndex。
查找的本质就是遍历，先查看quicklistNode 的长度判断 index 是否在这个节点中，如果不是则跳到下个节点。
当定位到节点之后，对节点里面的 ziplist 进行遍历查找 (ziplistIndex)。
3 删除
(1) 指定值的删除，quicklist.c/quicklistDelEntry
这个指定的值的信息 quicklistEntry 的结构如下：
typedef struct quicklistEntry {
// 指向当前 quicklist 的指针
const quicklist *quicklist;
// 指向当前 quicklistNode 节点的指针
quicklistNode *node;
// 指向当前 ziplist 的指针
unsigned char *zi;
// 指向当前 ziplist 的字符串 vlaue 成员
unsigned char *value;
// 当前 ziplist 的整数 value 成员
long long longval;
// 当前 ziplist 的字节数大小
unsigned int sz;
// 在 ziplist 的偏移量
int offset;
} quicklistEntry;
具体的删除代码如下(做了一些删减)：
void quicklistDelEntry(quicklistIter *iter, quicklistEntry *entry) {
quicklistNode *prev = entry->node->prev;
quicklistNode *next = entry->node->next;
// 通过 quicklistEntry 可以定位到 ziplist 中的元素位置，然后进行删除
// quicklist -> quicklistNode -> ziplist -> ziplistEntry
int deleted_node = quicklistDelIndex((quicklist *)entry->quicklist, entry->node, &entry->zi);
// 下面是迭代器的参数调整，此处忽略...
}
(2) 区间元素 index 删除： quicklist.c/quicklistDelRange(代码太长了，就不晾出来了)
先通过遍历找元素，会判断是否可以删除整个节点 entry.offset == 0 && extent >= node->count，可以的话不用遍历里面的ziplist直接删除整个节点。
否则计算出当前节点ziplist 要删除的范围，通过 ziplistDeleteRange 函数删除。
重点回顾
- 列表对象有 3 种编码：
ziplist、linkedlist、quicklist。 quicklist是3.2后新增的用于替代ziplist和linkedlist的编码。ziplist节省内存，但是太长的话性能低下。linkedlist占用内存太多。quicklist可以看成由多个ziplist组成的linkedlist，性能高，节省内存。
浙公网安备 33010602011771号