Redis 2.8.9源码 - 跳表的实现
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本文代码可以在 src/redis.h 和 src/t_zset.c 两个文件中找到，关于跳表相关的api请参考另外一篇文章 Redis 2.8.9源码 - 跳表操作 操作函数头整理，并注释作用和参数说明
Redis中用zset数据结构，用来存放一组有序的数据集，可以实现排行榜等功能，zset的内部实现使用的是一个叫做 跳表（skiplist）的数据结构，这个数据结构是由 William Pugh（《Skip lists: a probabilistic alternative to balanced trees》） 发明的一个性能上可以和平衡术媲美的数据结构，不熟悉此数据结构的可以见文章结尾的参考资料。
首先看一下实现跳表的数据结构
跳表节点（如下代码定义在 src/redis.h 中）：
typedef struct zskiplistNode {
//跳表节点中key的对象
robj *obj;
//跳表节点中存储的分值
double score;
//跳表节点中 存放的前驱节点
struct zskiplistNode *backward;
//保存每个节点中每一层指向的后继节点数组
struct zskiplistLevel {
//存放每一层的节点指针
struct zskiplistNode *forward;
//当前节点与后继节点跨过的节点数量
unsigned int span;
} level[];
} zskiplistNode;
跳表结构（如下代码定义在 src/redis.h 中）：
typedef struct zskiplist {
//指向跳表节点的头尾指针
struct zskiplistNode *header, *tail;
//跳表节点的个数
unsigned long length;
//跳表节点最大层数
int level;
} zskiplist;
然后我们看一下跳表的创建
创建跳表节点（如下代码定义在 src/t_zset.c 中）：
zskiplistNode *zslCreateNode(int level, double score, robj *obj) {
//根据当前节点 的层高来 分配 不同大小的内存
//内存大小为 结构本身 + 层数 * 每一层的占用的空间
zskiplistNode *zn = zmalloc(sizeof(*zn)+level*sizeof(struct zskiplistLevel));
//设置分值
zn->score = score;
//设置key对象
zn->obj = obj;
//返回创建好的 节点指针
return zn;
}
创建跳表（如下代码定义在 src/t_zset.c 中）：
zskiplist *zslCreate(void) {
int j;
zskiplist *zsl;
//分配内存空间
zsl = zmalloc(sizeof(*zsl));
//设置默认层高为1 （每个节点都有一个层高为1 指向后继接节点的指针）
zsl->level = 1;
//节点数量
zsl->length = 0;
//设置头结点 头结点高度默认为 32
zsl->header = zslCreateNode(ZSKIPLIST_MAXLEVEL,0,NULL);
//遍历头节点的每一层，并将设置每一层后继节点的默认值
for (j = 0; j < ZSKIPLIST_MAXLEVEL; j++) {
zsl->header->level[j].forward = NULL;
zsl->header->level[j].span = 0;
}
zsl->header->backward = NULL;
zsl->tail = NULL;
//返回创建的跳表指针
return zsl;
}
跳表的插入（如下代码定义在 src/t_zset.c 中）：
zskiplistNode *zslInsert(zskiplist *zsl, double score, robj *obj) {
//定义 节点数组 update用户保存插入节点每一层的前驱节点
zskiplistNode *update[ZSKIPLIST_MAXLEVEL], *x;
//rank 数组 用于保存 插入节点插入位置在每一层中跨国的节点数
unsigned int rank[ZSKIPLIST_MAXLEVEL];
int i, level;
redisAssert(!isnan(score));
//设置头节点
x = zsl->header;
//根据 跳表结构中定义的最高层数，来遍历每一层
for (i = zsl->level-1; i >= 0; i--) {
/* store rank that is crossed to reach the insert position */
//如果是最高层，则标示扩过0个 节点，否则 记录跨过的节点数 与上一层相同
rank[i] = i == (zsl->level-1) ? 0 : rank[i+1];
//通过比较 如果插入分值小于右边节点就继续 向右遍历，并计算每一层的跨度，如果大于右边则降低一层
//如果相等则 通过key对象进行大小比较
while (x->level[i].forward &&
(x->level[i].forward->score < score ||
(x->level[i].forward->score == score &&
compareStringObjects(x->level[i].forward->obj,obj) < 0))) {
//记录每一层扩过的节点数
rank[i] += x->level[i].span;
//向右遍历
x = x->level[i].forward;
}
//将每一层 插入节点的前驱节点记录到update数组中
update[i] = x;
}
/* we assume the key is not already inside, since we allow duplicated
* scores, and the re-insertion of score and redis object should never
* happen since the caller of zslInsert() should test in the hash table
* if the element is already inside or not. */
//随机层的高度
level = zslRandomLevel();
//如果层高 比 当前层高 要高，则将header的指针指向 超出当前层高的部分
if (level > zsl->level) {
for (i = zsl->level; i < level; i++) {
rank[i] = 0;
update[i] = zsl->header;
update[i]->level[i].span = zsl->length;
}
zsl->level = level;
}
//创建一个节点结构
x = zslCreateNode(level,score,obj);
//遍历 节点的每一层，并与前驱 和 后继节点进行关联
for (i = 0; i < level; i++) {
x->level[i].forward = update[i]->level[i].forward;
update[i]->level[i].forward = x;
//计算您当前节点与后继节点的跨过的节点数
x->level[i].span = update[i]->level[i].span - (rank[0] - rank[i]);
update[i]->level[i].span = (rank[0] - rank[i]) + 1;
}
//插入位置的节点 与 新插入的节点 之间跨过的 节点数
for (i = level; i < zsl->level; i++) {
update[i]->level[i].span++;
}
//设置 后退指针
x->backward = (update[0] == zsl->header) ? NULL : update[0];
//关联头尾
if (x->level[0].forward)
x->level[0].forward->backward = x;
else
zsl->tail = x;
//增加跳表长度
zsl->length++;
return x;
}
跳表的遍历方式与 插入方式相同，都是从高层开始遍历，逐渐降低层数。
Redis2.8.9源码 src/redis.h src/t_zset.c
Redis 设计与实现（第一版）
一个C语言实现的跳表结构
Skiplist 跳表