Redis跳跃表

本文摘抄自redis 源码剖析

跳跃表是一种随机化的数据,跳跃表以有序的方式在层次化的链表中保存元素，效率和平衡树媲美 ——查找、删除、添加等操作都可以在对数期望时间下完成，并且比起平衡树来说，跳跃表的实现要简单直观得多。
以下是个典型的跳跃表例子：

从图中可以看到，跳跃表主要由以下部分构成：

• 表头（head）：负责维护跳跃表的节点指针。
• 跳跃表节点：保存着元素值，以及多个层。
• 层：保存着指向其他元素的指针。高层的指针越过的元素数量大于等于低层的指针，为了提高查找的效率，程序总是从高层先开始访问，然后随着元素值范围的缩小，慢慢降低层次。
• 表尾：全部由NULL组成，表示跳跃表的末尾。

跳跃表的实现

为了满足自身的功能需要，Redis对跳跃表进行了如下修改：

• 允许重复的score
• 值：多个不同的member的score 值可以相同
  进行对比操作时，不仅要检查score值，还要检查member：当score
  值可以重复时，单靠score值无法判断一个元素的身份，所以需要连member域都一并检查才行。
  每个节点都带有一个高度为1层的后退指针，用于从表尾方向向表头方向迭代：当执行ZREVRANGE或ZREVRANGEBYSCORE这类以逆序处理有序集的命令时，就会用到这个属性。

这个修改版的跳跃表由redis.h/zskiplist结构定义：

typedef struct zskiplist {
     // 头节点，尾节点 
    struct zskiplistNode *header, *tail;
   // 节点数量 
   unsigned long length;
   // 目前表内节点的最大层数 int level;
} zskiplist;

跳跃表的节点由redis.h/zskiplistNode定义：

typedef struct zskiplistNode { 
    //member 对象
    robj *obj;
   // 分值
   double score;
  // 后退指针
    struct zskiplistNode *backward;
  // 层 
  struct zskiplistLevel {
   // 前进指针
   struct zskiplistNode *forward;
  // 这个层跨越的节点数量
   unsigned int span; 
  } level[];
} zskiplistNode;

跳跃表的应用

和字典、链表或者字符串这几种在 Redis 中大量使用的数据结构不同，跳跃表在 Redis 的唯一作用，就是实现有序集数据类型。

跳跃表将指向有序集的score值和member
域的指针作为元素，并以score 值为索引，对有序集元素进行排序。
举个例子，以下代码创建了一个带有 3 个元素的有序集：

redis> ZADD s 6 x 10 y 15 z
(integer) 3
redis> ZRANGE s 0 -1 WITHSCORES
1) "x"
2) "6"
3) "y"
4) "10"
5) "z"
6) "15"

在底层实现中，Redis 为x、y和z三个member分别创建了三个字符串，值分别为double类型的6、10和15，然后用跳跃表将这些指针有序地保存起来，形成这样一个跳跃表：

为了方便展示，在图片中我们直接将member和score值包含在表节点中，但是在实际的定义中，因为跳跃表要和另一个实现有序集的结构（字典）分享member和score值，所以跳跃表只保存指向member
和score的指针。