Redis的跳跃表底层实现

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跳跃表是一种有序的数据结构,主要用在zset(有序集合)和集群节点的内部数据结构。在大部分情况下,跳跃表的效率可以和平衡树相媲美,并且因为跳跃表的实现比平衡树要来得更为简单,所以有不少程序都使用跳跃表来代替平衡树。注意mysql的底层采用的是B+树实现。

跳跃表的实现
  Redis的跳跃表由redis.h/zskiplistNode和redis.h/zskiplist两个结构定义,其中zskiplistNode结构用于表示跳跃表节点,而zskiplist结构则用于保存跳跃表节点的相关信息,比如节点的数量,以及指向表头节点和表尾节点的指针等等。

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  上图展示了一个跳跃表示例,位于图片最左边的是zskiplist结构,该结构包含以下属性:

header:指向跳跃表的表头节点
tail:指向跳跃表的表尾节点
level:记录目前跳跃表内,层数最大的那个节点的层数(表头节点的层数不计算在内)
length:记录跳跃表的长度,也即是,跳跃表目前包含节点的数量(表头节点不计算在内)
  位于zskiplist结构右方的是四个zskiplistNode结构,该结构包含以下属性:

层(level):节点中用L1、L2、L3等字样标记节点的各个层,L1代表第一层,L2代表第二层,依次类推。每个层都带有两个属性:前进指针和跨度。前进指针用于访问位于表尾方向的其他节点,而跨度则记录了前进指针所指向节点和当前节点的距离。在上面的图片中,连线上带有数字的箭头就代表前进指针,而那个数字就是跨度。当程序从表头向表尾进行遍历时,访问会沿着层的前进指针进行。
后退(backward)指针:节点中用BW字样标记节点的后退指针,它指向位于当前节点的前一个节点。后退指针在程序从表尾向表头遍历时使用。
分值(score):各个节点中的1.0、2.0和3.0是节点所保存的分值。在跳跃表中,节点按各自所保存的分值从小到大排列。
成员对象(obj):各个节点中的o1、o2和o3是节点所保存的成员对象。
  注意表头节点和其他节点的构造是一样的:表头节点也有后退指针、分值和成员对象,不过表头节点的这些属性都不会被用到,所以图中省略了这些部分,只显示了表头节点的各个层。

实质上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,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,这样获取表头、表尾节点,表长,以及表中最高层数的复杂度均为O(1)。

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