Redis 中跳表与实现

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概述

是有序集合的底层实现之一。是一种有序数据结构，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。

跳跃表是基于多指针有序链表实现的，可以看成多个有序链表。

在 Redis 中，跳跃表被用来实现有序集合健，另一个是在集群节点中用作内部数据结构。

在查找时，从上层指针开始查找，找到对应的区间之后再到下一层去查找。下图演示了查找 22 的过程。

实现

跳表由 redis.h/zskiplistNode 和 redis.h/zskiplist 两个结构定义。

zskiplist

上图最左边，用于保存跳跃表节点的相关信息。

typedef struct zskiplist {
     
    //表头结点和表尾结点
    struct zskiplistNode *header, *tail;
    //表中结点的数量
    unsigned long length;
    //表中层数最大的结点的层数
    int level;
}

• header

  指向跳跃表的表头结点。

• tail

  指向跳跃表的表尾结点。

• level

  记录目前跳跃表内，层数最大的结点的层数，不包括表头结点。

• length

  记录跳跃表目前包含结点的数量，不包含表头结点。

zskiplistNode

上图最右边的四个，用于表示跳表结点。多个跳表结点可以组成一个跳表。

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

• 层（level）

  L1表示第一层。层的数量越多，访问其他结点的速度就越快。

  随机生成介于 1~32 之间的值作为 level 数组的大小（高度）。

  • 前进指针

    用于访问位于表尾方向的其他结点。

  • 跨度

    记录前进指针所指向结点和当前结点的距离。

    用来计算排位（rank），将遍历的跨度相加即为目标结点的排位。

• 后退指针（backward）

  BW标记，指向位于当前结点的前一个结点。

  从表尾向表头遍历时，程序首先通过跳表的 tail 指针访问表尾结点。

• 分值（score）

  不唯一。

  上图中 1.0 2.0 3.0 即为结点分值，从小到大排列。

• 成员对象（obj）

  唯一。

  o1 o2 o3 即为成员对象。

优点

与红黑树等平衡树相比，跳跃表具有以下优点：

• 插入速度非常快速，因为不需要进行旋转等操作来维护平衡性；
• 更容易实现；
• 支持无锁操作。

拓展阅读

《Redis 五大数据类型》

《Redis 字典知多少？》

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参考资料：

《Redis 设计与实现》
cyc2018