redis源码浅析--四-redis跳跃表的实现

环境说明：redis源码版本 5.0.3；我在阅读源码过程做了注释，git地址：https://gitee.com/xiaoangg/redis_annotation

参考书籍：《redis的设计与实现》

前言

如上图在链表上加多级索引的结构，就是跳表；

在大部分情况下，跳跃表的效率和平衡树媲美，但跳跃表的实现比平衡树更简单，所以很多程序用跳跃表替代平衡树；

 

一 数据结构

redis跳表的实现主要有zskiplistNode和zskiplist两个结构定义。zskiplist记录跳表的整体信息，zskiplistNode则用于记录每个节点的信息；

zskiplistNode和zskiplist定义位于server.h中；

//跳表节点 双向链表
/* ZSETs use a specialized version of Skiplists */
typedef struct zskiplistNode {
    sds ele;
    double score;
    //指向上一个节点 
    struct zskiplistNode *backward; 
    struct zskiplistLevel {
        struct zskiplistNode *forward;
        unsigned long span; //从当前节点到forward指向下一个节点的跨度 
    } level[];
} zskiplistNode;

typedef struct zskiplist {
    //header是哨兵
    struct zskiplistNode *header, *tail;//header 指向表头 tail指向表尾部
    unsigned long length; //表长度
    int level; //跳表的索引层级
} zskiplist;

 

 

二.跳表的API

跳表api的声明位于server.h中，具体实现位置t_zset.c 中；

注：跳表相关的接口都是以zsl开头；

zskiplist *zslCreate(void); //创建一个跳表

void zslFree(zskiplist *zsl); //释放跳表

zskiplistNode *zslInsert(zskiplist *zsl, double score, sds ele);//向跳表中插入一个节点

int zslDelete(zskiplist *zsl, double score, sds ele, zskiplistNode **node); //删除一个节点

zskiplistNode *zslFirstInRange(zskiplist *zsl, zrangespec *range);          //获取指定范围内的第一个元素

zskiplistNode *zslLastInRange(zskiplist *zsl, zrangespec *range);           //获取指定范围内的最后一个元素

unsigned long zslGetRank(zskiplist *zsl, double score, sds o); //获取一个元素的排名

浅析zslInsert函数

zskiplistNode *zslInsert(zskiplist *zsl, double score, sds ele) {
    
    //update数组保存了要插入的新节点在插入之后各个level的位置 
    zskiplistNode *update[ZSKIPLIST_MAXLEVEL], *x;
    unsigned int rank[ZSKIPLIST_MAXLEVEL];
    int i, level;

    serverAssert(!isnan(score));
    x = zsl->header;
    //定位到每个层级的要插入节点的位置（记录在update中）
    for (i = zsl->level-1; i >= 0; i--) {
        /* store rank that is crossed to reach the insert position *///rank存储到达插入位置 跨度
        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; //update存储 新插入的节点 在 每个层级索引的位置(指针)
        //rank存储每个层级索引，在链表中的位置（是第几个元素）
    }
                                                             
    /* we assume the element is not already inside, since we allow duplicated
     * scores, reinserting the same element should never happen since the
     * caller of zslInsert() should test in the hash table if the element is
     * already inside or not. */
    level = zslRandomLevel(); //随机更新level层级内的跳表索引（level至少是1）
    if (level > zsl->level) { //新的索引层级大于原有层级时 初始化新的层级索引（大于原有索引层级的部分）
        for (i = zsl->level; i < level; i++) {
            rank[i] = 0;
            update[i] = zsl->header;
            update[i]->level[i].span = zsl->length;
        }
        zsl->level = level;
    }
    
    x = zslCreateNode(level,score,ele);//创建一个跳表节点 包含“分数”，“节点名”和“level层索引”
    for (i = 0; i < level; i++) { //开始循环更新索引
        x->level[i].forward = update[i]->level[i].forward;
        update[i]->level[i].forward = x;

        /* update span covered by update[i] as x is inserted here */
        x->level[i].span = update[i]->level[i].span - (rank[0] - rank[i]); //更新【新节点】的跨度 （理解rank数组作用+画图 这段代码更易理解）
        update[i]->level[i].span = (rank[0] - rank[i]) + 1;                //更新 【前置节点】的跨度
    }

    /* increment span for untouched levels */ 
    for (i = level; i < zsl->level; i++) {//更高层级的索引 span跨度+1
        update[i]->level[i].span++;
    }

    //backward指向上一个节点 
    x->backward = (update[0] == zsl->header) ? NULL : update[0];
    if (x->level[0].forward)
        x->level[0].forward->backward = x;
    else
        zsl->tail = x;
    zsl->length++;
    return x;
}