redis--跳跃表

跳跃表

跳跃表是一种有序数据结构，它通过在每个节点中维持多个指向其他节点的指针，从而达到快速访问的目的。跳跃表支持平均O(logN)和最坏O(N^2)复杂度的节点查找，还可以通过顺序性操作来批量处理节点。效率可以和平衡树媲美。

跳跃表的实现

redis中用zskiplistNode表示跳跃表节点，而zskiplist结构用于保存跳跃表相关信息。结构如下所示：

typedef struct zskiplist {
    //表头节点和表尾节点
    struct zskiplistNode *header,*tail;
    //表中节点数量
    unsigned long length;
    //表中层数最大的节点的层数
    int level;
}

跳跃表

• [ ] header：指向跳跃表的表头节点。
• [ ] tail：指向跳跃表的表尾节点。
• [ ] level：记录目前跳跃表内，层数最大的那个节点的层数（不包括表头节点）。
• [ ] length：记录跳跃表的长度，即，跳跃表目前包含节点的数量（不计算表头节点）。

节点

跳跃表节点的结构定义如下

typedef struct zskiplistNode {
    // 后退指针
    struct askiplistNode *backward;
    //分值
    double score;
    //成员对象
    robj *obj;
    //层
    struct zskiplistLevel {
        //前进指针
        struct askiplistNode *forward;
        //跨度
        unsigned int span;
    }level[];
}zskiplistNode;

1. 层： 用L1，L2等标记的各个层，每个层都有两个属性：前进指针和跨度，前进指针用于访问其他节点，跨度则记录了当前前进指针所指向的节点和当前节点的距离。
2. 后退指针： 它指向当前节点的前一个节点。
3. 分值： 在跳跃表中，节点按照保存的分值从小到大排列。
4. 成员对象： 保存的成员对象。

表头节点和其他节点是一样的，知识后退指针，分值和成员对象不会应用到，所以省略了。

指向NULL的所有前进指针的跨度都为0；

在同一个跳跃表中，各个节点保存的程艳对象必须是唯一的，但多个节点保存的分值可以是相同的。节点的成员对象obj是一个指针，它指向一个字符串对象，而字符串对象则保存了一个SDS值。

每个跳跃表节点的层高都是1~32之间的随机数。

跳跃表中的节点按照分值大小进行排序，当分值相同时，节点按照成员对象的大小进行排序。

跳跃表API

函数	作用	时间复杂度
zslCreate	创建一个新的跳跃表	O(1)
zslFree	释放给定跳跃表，以及表中的节点	O(N),N为跳跃表长度
zslInsert	将包含给定成员和分值的新节点调价到跳跃表中	平均logN，最坏N^2
zslDelete	删除跳跃表中包含给定成员和分值的节点	平均logN，最坏N^2
zslGetRank	返回包含给定成员和分值的节点在跳跃表中的排位	平均logN，最坏N^2
zslGetElementByRank	返回跳跃表在给定排位上的节点	平均logN，最坏N^2
zslIsRange	给定一个范围，如果给定的范围包含在跳跃表的分值返回内返回1，否则返回0	O(1)
zslFirstInRange	给定一个分值范围，返回跳跃表中第一个符合这个返回的节点	平均logN，最坏N^2
zslLastInRange	给定一个分值范围，返回跳跃表中最后一个符合这个范围的节点	平均logN，最坏N^2
zslDeleteRangeByScore	给定一个分值范围，删除跳跃表中所有在这个范围之内的节点	O(N)，N为被删除的节点数量
zslDeleteRangeByRank	给定一个排位范围，删除跳跃表中所有在这个范围内的节点	O(N)，N为被删除的节点数量