### 队列链表结构
队列双向循环链表实现文件：文件：src/core/ngx_queue.h/.c。在 Nginx 的队列实现中，实质就是具有头节点的双向循环链表，这里的双向链表中的节点是没有数据区的，只有两个指向节点的指针。需注意的是队列链表的内存分配不是直接从内存池分配的，即没有进行内存池管理，而是需要我们自己管理内存，所有我们可以指定它在内存池管理或者直接在堆里面进行管理，最好使用内存池进行管理。节点结构定义如下：
~~~
/* 队列结构，其实质是具有有头节点的双向循环链表 */
typedef struct ngx_queue_s ngx_queue_t;
/* 队列中每个节点结构，只有两个指针，并没有数据区 */
struct ngx_queue_s {
ngx_queue_t *prev;
ngx_queue_t *next;
};
~~~
### 队列链表操作
其基本操作如下：
~~~
/* h 为链表结构体 ngx_queue_t 的指针；初始化双链表 */
ngx_queue_int(h)
/* h 为链表容器结构体 ngx_queue_t 的指针； 判断链表是否为空 */
ngx_queue_empty(h)
/* h 为链表容器结构体 ngx_queue_t 的指针，x 为插入元素结构体中 ngx_queue_t 成员的指针；将 x 插入到链表头部 */
ngx_queue_insert_head(h, x)
/* h 为链表容器结构体 ngx_queue_t 的指针，x 为插入元素结构体中 ngx_queue_t 成员的指针。将 x 插入到链表尾部 */
ngx_queue_insert_tail(h, x)
/* h 为链表容器结构体 ngx_queue_t 的指针。返回链表容器 h 中的第一个元素的 ngx_queue_t 结构体指针 */
ngx_queue_head(h)
/* h 为链表容器结构体 ngx_queue_t 的指针。返回链表容器 h 中的最后一个元素的 ngx_queue_t 结构体指针 */
ngx_queue_last(h)
/* h 为链表容器结构体 ngx_queue_t 的指针。返回链表结构体的指针 */
ngx_queue_sentinel(h)
/* x 为链表容器结构体 ngx_queue_t 的指针。从容器中移除 x 元素 */
ngx_queue_remove(x)
/* h 为链表容器结构体 ngx_queue_t 的指针。该函数用于拆分链表，
* h 是链表容器，而 q 是链表 h 中的一个元素。
* 将链表 h 以元素 q 为界拆分成两个链表 h 和 n
*/
ngx_queue_split(h, q, n)
/* h 为链表容器结构体 ngx_queue_t 的指针， n为另一个链表容器结构体 ngx_queue_t 的指针
* 合并链表，将 n 链表添加到 h 链表的末尾
*/
ngx_queue_add(h, n)
/* h 为链表容器结构体 ngx_queue_t 的指针。返回链表中心元素，即第 N/2 + 1 个 */
ngx_queue_middle(h)
/* h 为链表容器结构体 ngx_queue_t 的指针，cmpfunc 是比较回调函数。使用插入排序对链表进行排序 */
ngx_queue_sort(h, cmpfunc)
/* q 为链表中某一个元素结构体的 ngx_queue_t 成员的指针。返回 q 元素的下一个元素。*/
ngx_queue_next(q)
/* q 为链表中某一个元素结构体的 ngx_queue_t 成员的指针。返回 q 元素的上一个元素。*/
ngx_queue_prev(q)
/* q 为链表中某一个元素结构体的 ngx_queue_t 成员的指针，type 是链表元素的结构体类型名称，
* link 是上面这个结构体中 ngx_queue_t 类型的成员名字。返回 q 元素所属结构体的地址
*/
ngx_queue_data(q, type, link)
/* q 为链表中某一个元素结构体的 ngx_queue_t 成员的指针，x 为插入元素结构体中 ngx_queue_t 成员的指针 */
ngx_queue_insert_after(q, x)
~~~
下面是队列链表操作源码的实现：
#### 初始化链表
~~~
/* 初始化队列，即节点指针都指向自己，表示为空队列 */
#define ngx_queue_init(q) \
(q)->prev = q; \
(q)->next = q
/* 判断队列是否为空 */
#define ngx_queue_empty(h) \
(h == (h)->prev)
~~~
#### 获取指定的队列链表中的节点
~~~
/* 获取队列头节点 */
#define ngx_queue_head(h) \
(h)->next
/* 获取队列尾节点 */
#define ngx_queue_last(h) \
(h)->prev
#define ngx_queue_sentinel(h) \
(h)
/* 获取队列指定节点的下一个节点 */
#define ngx_queue_next(q) \
(q)->next
/* 获取队列指定节点的前一个节点 */
#define ngx_queue_prev(q) \
(q)->prev
~~~
#### 插入节点
在头节点之后插入新节点：
~~~
/* 在队列头节点的下一节点插入新节点，其中h为头节点，x为新节点 */
#define ngx_queue_insert_head(h, x) \
(x)->next = (h)->next; \
(x)->next->prev = x; \
(x)->prev = h; \
(h)->next = x
~~~
插入节点比较简单，只是修改指针的指向即可。下图是插入节点的过程：注意：虚线表示断开连接，实线表示原始连接，破折线表示重新连接，图中的数字与源码步骤相对应。
在尾节点之后插入节点
~~~
/* 在队列尾节点之后插入新节点，其中h为尾节点，x为新节点 */
#define ngx_queue_insert_tail(h, x) \
(x)->prev = (h)->prev; \
(x)->prev->next = x; \
(x)->next = h; \
(h)->prev = x
~~~
下图是插入节点的过程：
#### 删除节点
删除指定的节点，删除节点只是修改相邻节点指针的指向，并没有实际将该节点的内存释放，内存释放必须由我们进行处理。
~~~
#if (NGX_DEBUG)
#define ngx_queue_remove(x) \
(x)->next->prev = (x)->prev; \
(x)->prev->next = (x)->next; \
(x)->prev = NULL; \
(x)->next = NULL
#else
/* 删除队列指定的节点 */
#define ngx_queue_remove(x) \
(x)->next->prev = (x)->prev; \
(x)->prev->next = (x)->next
#endif
~~~
删除节点过程如下图所示：
#### 拆分链表
~~~
/* 拆分队列链表，使其称为两个独立的队列链表；
* 其中h是原始队列的头节点，q是原始队列中的一个元素节点，n是新的节点，
* 拆分后，原始队列以q为分界，头节点h到q之前的节点作为一个队列（不包括q节点），
* 另一个队列是以n为头节点，以节点q及其之后的节点作为新的队列链表；
*/
#define ngx_queue_split(h, q, n) \
(n)->prev = (h)->prev; \
(n)->prev->next = n; \
(n)->next = q; \
(h)->prev = (q)->prev; \
(h)->prev->next = h; \
(q)->prev = n;
~~~
该宏有 3 个参数，h 为队列头(即链表头指针)，将该队列从 q 节点将队列(链表)拆分为两个队列(链表)，q 之后的节点组成的新队列的头节点为 n 。链表拆分过程如下图所示：
#### 合并链表
~~~
/* 合并两个队列链表，把n队列链表连接到h队列链表的尾部 */
#define ngx_queue_add(h, n) \
(h)->prev->next = (n)->next; \
(n)->next->prev = (h)->prev; \
(h)->prev = (n)->prev; \
(h)->prev->next = h; \
(n)->prev = (n)->next = n;/* 这是我个人增加的语句，若加上该语句，就不会出现头节点n会指向队列链表的节点 */
~~~
其中，h、n分别为两个队列的指针，即头节点指针，该操作将n队列链接在h队列之后。具体操作如下图所示：
#### 获取中间节点
~~~
/* 返回队列链表中心元素 */
ngx_queue_t *
ngx_queue_middle(ngx_queue_t *queue)
{
ngx_queue_t *middle, *next;
/* 获取队列链表头节点 */
middle = ngx_queue_head(queue);
/* 若队列链表的头节点就是尾节点，表示该队列链表只有一个元素 */
if (middle == ngx_queue_last(queue)) {
return middle;
}
/* next作为临时指针，首先指向队列链表的头节点 */
next = ngx_queue_head(queue);
for ( ;; ) {
/* 若队列链表不止一个元素，则等价于middle = middle->next */
middle = ngx_queue_next(middle);
next = ngx_queue_next(next);
/* 队列链表有偶数个元素 */
if (next == ngx_queue_last(queue)) {
return middle;
}
next = ngx_queue_next(next);
/* 队列链表有奇数个元素 */
if (next == ngx_queue_last(queue)) {
return middle;
}
}
}
~~~
#### 链表排序
队列链表排序采用的是稳定的简单插入排序方法，即从第一个节点开始遍历，依次将当前节点(q)插入前面已经排好序的队列(链表)中，下面程序中，前面已经排好序的队列的尾节点为prev。操作如下：
~~~
/* the stable insertion sort */
/* 队列链表排序 */
void
ngx_queue_sort(ngx_queue_t *queue,
ngx_int_t (*cmp)(const ngx_queue_t *, const ngx_queue_t *))
{
ngx_queue_t *q, *prev, *next;
q = ngx_queue_head(queue);
/* 若队列链表只有一个元素，则直接返回 */
if (q == ngx_queue_last(queue)) {
return;
}
/* 遍历整个队列链表 */
for (q = ngx_queue_next(q); q != ngx_queue_sentinel(queue); q = next) {
prev = ngx_queue_prev(q);
next = ngx_queue_next(q);
/* 首先把元素节点q独立出来 */
ngx_queue_remove(q);
/* 找到适合q插入的位置 */
do {
if (cmp(prev, q) <= 0) {
break;
}
prev = ngx_queue_prev(prev);
} while (prev != ngx_queue_sentinel(queue));
/* 插入元素节点q */
ngx_queue_insert_after(prev, q);
}
}
~~~
#### 获取队列中节点数据地址
由队列基本结构和以上操作可知，nginx 的队列操作只对链表指针进行简单的修改指向操作，并不负责节点数据空间的分配。因此，用户在使用nginx队列时，要自己定义数据结构并分配空间，且在其中包含一个 ngx_queue_t 的指针或者对象，当需要获取队列节点数据时，使用ngx_queue_data宏，其定义如下：
~~~
/* 返回q在所属结构类型的地址，type是链表元素的结构类型 */
#define ngx_queue_data(q, type, link) \
(type *) ((u_char *) q - offsetof(type, link))
/*
~~~
测试程序：
~~~
#include <stdio.h>
#include "ngx_queue.h"
#include "ngx_conf_file.h"
#include "ngx_config.h"
#include "ngx_palloc.h"
#include "nginx.h"
#include "ngx_core.h"
#define MAX 10
typedef struct Score
{
unsigned int score;
ngx_queue_t Que;
}ngx_queue_score;
volatile ngx_cycle_t *ngx_cycle;
void ngx_log_error_core(ngx_uint_t level, ngx_log_t *log, ngx_err_t err,
const char *fmt, ...)
{
}
ngx_int_t CMP(const ngx_queue_t *x, const ngx_queue_t *y)
{
ngx_queue_score *xinfo = ngx_queue_data(x, ngx_queue_score, Que);
ngx_queue_score *yinfo = ngx_queue_data(y, ngx_queue_score, Que);
return(xinfo->score > yinfo->score);
}
void print_ngx_queue(ngx_queue_t *queue)
{
ngx_queue_t *q = ngx_queue_head(queue);
printf("score: ");
for( ; q != ngx_queue_sentinel(queue); q = ngx_queue_next(q))
{
ngx_queue_score *ptr = ngx_queue_data(q, ngx_queue_score, Que);
if(ptr != NULL)
printf(" %d\t", ptr->score);
}
printf("\n");
}
int main()
{
ngx_pool_t *pool;
ngx_queue_t *queue;
ngx_queue_score *Qscore;
pool = ngx_create_pool(1024, NULL);
queue = ngx_palloc(pool, sizeof(ngx_queue_t));
ngx_queue_init(queue);
int i;
for(i = 1; i < MAX; i++)
{
Qscore = (ngx_queue_score*)ngx_palloc(pool, sizeof(ngx_queue_score));
Qscore->score = i;
ngx_queue_init(&Qscore->Que);
if(i%2)
{
ngx_queue_insert_tail(queue, &Qscore->Que);
}
else
{
ngx_queue_insert_head(queue, &Qscore->Que);
}
}
printf("Before sort: ");
print_ngx_queue(queue);
ngx_queue_sort(queue, CMP);
printf("After sort: ");
print_ngx_queue(queue);
ngx_destroy_pool(pool);
return 0;
}
~~~
输出结果：
~~~
$./queue_test
Before sort: score: 8 6 4 2 1 3 5 7 9
After sort: score: 1 2 3 4 5 6 7 8 9
~~~
### 总结
在 Nginx 的队列链表中，其维护的是指向链表节点的指针，并没有实际的数据区，所有对实际数据的操作需要我们自行操作，队列链表实质是双向循环链表，其操作是双向链表的基本操作。
- 前言
- Nginx 配置文件
- Nginx 内存池管理
- Nginx 基本数据结构
- Nginx 数组结构 ngx_array_t
- Nginx 链表结构 ngx_list_t
- Nginx 队列双向链表结构 ngx_queue_t
- Nginx 哈希表结构 ngx_hash_t
- Nginx 红黑树结构 ngx_rbtree_t
- Nginx 模块开发
- Nginx 启动初始化过程
- Nginx 配置解析
- Nginx 中的 upstream 与 subrequest 机制
- Nginx 源码结构分析
- Nginx 事件模块
- Nginx 的 epoll 事件驱动模块
- Nginx 定时器事件
- Nginx 事件驱动模块连接处理
- Nginx 中 HTTP 模块初始化
- Nginx 中处理 HTTP 请求
- Nginx 中 upstream 机制的实现
- Nginx 中 upstream 机制的负载均衡