Redis(源码剖析):05---数据结构之跳跃表(struct zskiplistNode、struct zskiplist)

一、跳跃表介绍

  • 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(logN)、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
  • 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

二、跳跃表在Redis中的应用

  • Redis使用跳跃表作为有序集合键的底层实现之一,如果一个有序集合包含的元素数量比 较多,又或者有序集合中元素的成员(member)是比较长的字符串时,Redis就会使用跳跃表来作为有序集合键的底层实现
  • 和链表、字典等数据结构被广泛地应用在Redis内部不同,Redis只在两个地方用到了跳跃表,一个是实现有序集合键,另一个是在集群节点中用作内部数据结构,除此之外,跳跃 表在Redis里面没有其他用途。

三、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

演示案例

Redis(源码剖析):05---数据结构之跳跃表(struct zskiplistNode、struct zskiplist)

  • 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,以此类推。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

四、跳跃表节点(struct zskiplistNode)

 

五、跳跃表(struct zskiplist)