Redis的数据结构(4):跳表

什么是跳表?

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(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。

跳表的实现

跳表的结构如下：

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）。

跳表节点结构如下所示：

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;

score是一个double类型的浮点数，跳表中的所有节点都按分值从小到大来排序。

obj指向一个字符串对象，而字符串对象则保存着一个SDS值。

在同一个跳跃表中，各个节点保存的成员对象 必须是唯一 的，但是多个节点保存的分值却可以是相同的：分值相同的节点将按照成员对象在字典中的大小来进行排序，成员对象较小的节点会排在前面 (靠近表头的方向)，而成员对象较大的节点则会排在后面(靠近表尾的方向)。

backward用于从表尾到表头方向访问节点，并且只能后退到前一个节点。

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。

在每一次创建跳表节点时，程序根据幂次定律 (power law，越大的数出现的概率越小)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"。

每一层中都有一个前进指针，用于从表头向表尾方向访问节点。 每一层也有一个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。