redis数据结构跳跃表

跳跃表（skiplist）是一种有序数据结构， 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。

跳跃表支持平均 O(\log N) 最坏 O(N) 复杂度的节点查找， 还可以通过顺序性操作来批量处理节点。

跳跃表的实现

redis 的跳跃表由 zskiplistNode 和 zskiplist 两个结构定义，zskiplistNode 结构用于表示跳跃表节点，zskiplist 结构则用于保存跳跃表节点的相关信息

跳跃表节点

typedef struct zskiplistNode {
    // 后退指针
    struct zskiplistNode *backward;

    // 分值
    double score;

    // 成员对象
    robj *obj;

    // 层
    struct zskiplistLevel {

        // 前进指针
        struct zskiplistNode *forward;

        // 跨度
        unsigned int span;

    } level[];

} zskiplistNode;

• 层：跳跃表节点的 level 数组可以包含多个元素， 每个元素都包含一个指向其他节点的指针， 程序可以通过这些层来加快访问其他节点的速度， 一般来说， 层的数量越多， 访问其他节点的速度就越快。每次创建一个新跳跃表节点的时候， 程序会随机生成一个介于 1 和 32 之间的值作为 level 数组的大小， 这个大小就是层的“高度”。
• 前进指针： 用于从表头向表尾方向访问节点
• 跨度：用于记录两个节点之间的距离，两个节点之间的跨度越大， 它们相距得就越远。指向 NULL 的所有前进指针的跨度都为 0 ， 因为它们没有连向任何节点。
• 后退指针：用于从表尾向表头方向访问节点：，跟可以一次跳过多个节点的前进指针不同， 因为每个节点只有一个后退指针， 所以每次只能后退至前一个节点。
• 分值：是一个 double 类型的浮点数， 跳跃表中的所有节点都按分值从小到大来排序。
• 成员：是一个指针， 它指向一个字符串对象， 而字符串对象则保存着一个 SDS 值。

zskiplist结构

虽然仅靠多个跳跃表节点就可以组成一个跳跃表，但通过使用一个zskiplist结构来持有这些节点， 程序可以更方便地对整个跳跃表进行处理， 比如快速访问跳跃表的表头节点和表尾节点， 又或者快速地获取跳跃表节点的数量（也即是跳跃表的长度）等信息。

typedef struct zskiplist {

    // 表头节点和表尾节点
    struct zskiplistNode *header, *tail;

    // 表中节点的数量
    unsigned long length;

    // 表中层数最大的节点的层数
    int level;

} zskiplist;

跳表创建过程

 

 跳表查询过程

跳跃表API

 

本文参考《Redis设计与实现》（感觉书上的图不太好理解，自己从网上找的图）