redis之跳跃表

昨天在阅读redis 设计与实现时,看到了跳跃表这种数据结构,所以今天就把redis源码关于跳跃表实现有序集合的部分读了一遍.
这里是关于有序集合的实现
https://github.com/antirez/redis/blob/unstable/src/t_zset.c
结构体定义在
https://github.com/antirez/redis/blob/unstable/src/server.h

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跳跃表可以用来对链式结构进行查找,当可以顺序遍历.他的时间复杂度最低O(2lg(n)),最大O(n),所以,我决定抛弃avi树(偷笑
跳跃表的核心是概率,但是一开始,我看到跳跃表的一张图,我的第一直觉告诉我,该用二分思想,每一层是下一层的1/2,那么他就跟普通的二分非常类似,而且实现也不难,但是发现我错了,因为我想到的是静态的,如果是静态的数据,那么,使用二分当然是可以的,但是如果要支持动态的插入和删除,就要GG了.

要掌握跳跃表,只需要知道他的插入是什么原理的—-概率,实现相比红黑树等要简单得多

这里放上一张盗来的跳跃表的图:

跳跃表有层次性,因为概率的原因,越往上越小.redis里有一个跨度的概念,就是某一层两个相连节点间间隔距离.越上层,跨度就越大(一般而言)

typedef struct zskiplistNode {
    sds ele;
    double score;
    struct zskiplistNode *backward;
    struct zskiplistLevel {
        struct zskiplistNode *forward;
        unsigned int span;//这个就是跨度,主要用来计算这个元素排第几位
    } level[];
} zskiplistNode;

typedef struct zskiplist {
    struct zskiplistNode *header, *tail;
    unsigned long length;
    int level;
} zskiplist;

它的结构设计也很有意思,我自刚写的时候,是把所有点分开的,然后就比较麻烦,但是他做了一层封装
,把一列压缩成一个点,既节约了空间,又做到了简化操作.

int zslRandomLevel(void) {
    int level = 1;
    while ((random()&0xFFFF) < (ZSKIPLIST_P * 0xFFFF))
        level += 1;
    return (level

这个是他生成列高度的函数,就是概率,证明我没去证过,但是,很显然,越往上越稀疏,这样的结构肯定能优化查找的效率,按照论文说的话,他的时间复杂度是很不错的,当数据越大,随机化的效果越明显,越接近那个值.最重要的一点….实现简单啊

源码中,有两个中间数组起到了很好地作用,一个是update[]数组,一个是rank[]数组,
update记录的是 经过路径(每一层)的最后一个节点的前驱点
rank记录的是经过路径(每一层)的最后一个节点是第几个
这么说不好理解,就上代码

 for (i = zsl->level-1; i >= 0; i--) {
        rank[i] = i == (zsl->level-1) ? 0 : rank[i+1];
        while (x->level[i].forward &&
                (x->level[i].forward->score < score ||
                    (x->level[i].forward->score == score &&
                    sdscmp(x->level[i].forward->ele,ele) < 0)))
        {
            rank[i] += x->level[i].span;
            x = x->level[i].forward;
        }
        update[i] = x;
    }

有了这两个数组,插入和删除就简单多了,因为插入删除在链表里不是只和前驱和后继有关吗,问题就解决了,该更新前驱后继的更新前驱后继,该跟新span的就跟新span呗
来一段删除的源码

void zslDeleteNode(zskiplist *zsl, zskiplistNode *x, zskiplistNode **update) {
    int i;
    for (i = 0; i < zsl->level; i++) {
        if (update[i]->level[i].forward == x) {
            update[i]->level[i].span += x->level[i].span - 1;
            update[i]->level[i].forward = x->level[i].forward;
        } else {
            update[i]->level[i].span -= 1;
        }
    }
    if (x->level[0].forward) {
        x->level[0].forward->backward = x->backward;
    } else {
        zsl->tail = x->backward;
    }
    while(zsl->level > 1 && zsl->header->level[zsl->level-1].forward == NULL)
        zsl->level--;
    zsl->length--;
}

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