Redis学习(4)——跳跃表（skiplist）

一，何为跳跃表

跳跃表（skiplist）是一种有序的数据结构，它通过在每个节点中维持多个指向其他节点的指针，从而达到快速访问节点的目的。它的效率可以媲美平衡树，跳跃表的平均复杂度O（logN）最坏情况复杂度O（N），并且其原理和代码都要比平衡树更加简单，因此很多地方多用跳跃表代替平衡树。

二，在Redis中的应用

1，Redis使用跳跃表作为有序集合键的底层实现的数据结构之一。

1）当有序集合元素成员时较长的字符串时。

2）当有序集合包含元素很多时。

2，同时Redis也使用跳跃表在集群节点中用作内部数据结构。

（Redis只在这两个地方使用了跳跃表）

三，跳跃表的实现

（一），Redis的跳跃表由redis.h/zskiplistNode（跳跃表节点）和redis.h/zskiplist（跳跃表）两个结构定义。

一个跳跃表图例：（最左边含有header和tail指针的是跳跃表，左边四个是跳跃表节点）

（二）跳跃表节点的源代码和各个属性简介

typedef struct zskiplistNode{
   
     //层
    struct zskiplistLevel{
    //前进指针
        struct zskiplistNode *forward;
    //跨度
    unsigned int span;
    } level[];
    
    //后退指针
    struct zskiplistNode *backforward;

    //分值
    double score；
    
    //成员对象
    robj *obj;
}zskiplistNode;

1，层（level），前进指针（层指针，level[i].forward），跨度（level[i].span）

这里的跳跃表节点的层数组是一个柔性数组，可以包含多个元素，每个元素都包含一个层指针(level[i].forward)，指向该结点在本层的后继结点。该指针用于从表头向表尾方向访问结点，它可以一次跳过自身节点后的多个节点。可以通过这些层指针来加快访问结点的速度。这里，Redis中的跳跃表和其他一般跳跃表不同的地方在于使用了跨度（level[i].span），而跨度记录了前进指针level[i].forward所指向的节点和当前节点的距离。通过跳跃表结点的层跨度，可以快速得到该结点在跳跃表中的排名。

层数组的大小遵循幂次定律（power law，越大的数出现的几率越小）随机生成一个介于1和32之间的值作为层数组大小。

2，后退指针（backward）

Redis跳跃表区别于普通跳跃表还有个后退指针（zskiplistNode.backward），用于从表尾向表头方向访问节点。并且每个后退指针只指向自身节点的前一个节点，构成了一个链表。

3，分值（score）和成员对象（obj）

分值（score）属性是一个double类型的浮点数，跳跃表中的所有节点都按分值的大小排序。不同的节点可以有相同的分值，相同的分值会按照成员对象在字典序中的大小来排序。

成员对象（obj）是一个指针，它指向一个字符串对象，而字符串对象又保存了一个SDS值。不同的节点的成员对象是必须是不同的，即成员对象是唯一的。

（三）跳跃表的源代码和各个属性简介

跳跃表由多个跳跃节点组成。由zskiplist结构来组织这些节点，保存它们的一些信息，如：节点长度、节点数量。

typedef struct zskiplist{
    
    //表头节点和表尾节点
    struct skiplistNode *header, *tail;

    //表中的节点数量
    unsigned long length;
    
    //表中层数最大的节点的层数
    int level;
}zskiplist;

1,头指针（header）和尾指针（tail）

头指针（header）和尾指针（tail）分别指向跳跃表的表头结点和尾节点。通过这两个指针，定位表头结点和表尾结点的复杂度为O(1)。表尾结点是表中最后一个结点。而表头结点实际上是一个伪结点，该结点的成员对象为NULL，分值为0，它的层数固定为32（层的最大值）。

2，表中节点数量（length）

用来记录节点数量，使得获取表的节点数量的复杂度尾O（1）。

3，表中层数的最大值（level）

用于记录层数最大的节点的层数，使得获取层数最大的那个节点的层数量复杂度为O（1）（表头节点不计入，因为它的层数固定为32（层的最大值）。）

 

Redis中跳跃表的一些具体操作的源代码实现推荐博文：https://blog.csdn.net/gqtcgq/article/details/50613896