redis - 跳跃表详细介绍

    redis吸引很多人使用的一个重要的原因，就是它对众多数据类型的支持。包括string,hash,set,zset,list等五种数据对象。

    其中zset用来保证数据的有序存储，实现中，redis使用跳跃表和压缩列表，作为zset的底层实现。当元素数量比较多，或者元素成员是比较长的字符串时，底层实现采用跳跃表。

    跳跃表是什么?

    一种有序的数据结构，通过在节点中维持多个指向其它节点的指针，达到快速访问的目的。

      

    跳跃表的好处是什么？ 

    1. 跟平衡树相比，实现简单；

    2. 平均复杂度为O(logN),最坏为O(N)；

   

    跳跃表的数据结构由 zskiplistNode 和 zskiplist 两个结构定义，zskiplistNode表示跳跃表节点，zskiplist保存跳跃表节点的相关信息。

    

    zskiplistNode的数据结构如下：

   typedef struct zskiplistNode {

    robj *obj;

    double score;

    struct zskiplistNode *backward;

    struct zskiplistLevel {

        struct zskiplistNode *forward;

        unsigned int span;

     } level[];

   } zskiplistNode

    skiplistLevel包含多个元素，每个元素包含一个指向其它节点的前进指针，通过它来加快访问其它节点。每次创建一个跳跃表节点的时候，会随机生成一个值，该值介于1和32之间，作为level数组的大小。span表示层的跨度，用来计算最终的位置，程序在遍历时，会将沿途访问过的所有层的跨度累计，得出目标节点的对应位置；

    backward用于从表尾向表头访问节点；

    score 所有节点都按照它进行排序；

    obj 指向一个字符串对象；

    zskiplist的数据结构：  

    typedef struct zskiplist {

       struct zskiplistNode *header, *tail;

       unsigned long length;

       int level;

    } zskiplist;

   header,tail用来表示跳跃表的表头和表尾巴节点，length表示跳跃表的整体长度，level表示跳跃表的高度。

   zskiplist的主要作用，是可以方便的对整个跳跃表进行处理，比如获取跳跃表的整个长度的信息。

 

   跳跃表的层数如何生成?

   在插入的过程中构造，向跳跃表中插入一个数值，相当于在表中插入一列从起始跳跃表节点S出发，向上的一段数值，需要确定两个元素：数值的位置和层数。由于所有链是递增序列的方式，所以位置主要是根据对应数值的比较对出。而层数，程序会先记录比该节点小的值的span，然后，随机生成介于1和32之间的数值，作为该节点的层数，该算法主要是基于冥次定律，越大的数出现的概率越小。假设level为2的概率为P，则level为3的概率为p*p,以此类推。

   跳跃表查找的示例图：

  

   图中，表示有三个节点，他们对应的score分别为1，2,3，其中，虚线，代表在跳跃表中，查找score为2，成员对象为02的节点，在查找过程中，经过了两个span为1的节点，所以，可以得出该节点在跳跃表中的排位为2。 BW表示后退指针，实线的，表示节点间的span，由于节点间的关系比较多，所以只画了几个。