Redis数据结构—跳跃表

Redis数据结构—跳跃表

Redis数据结构—跳跃表

大家好，我是白泽，最近学校有点事Redis知识点的更新就放缓了，趁着周六赶紧补一补，我们开始吧~

跳跃表产生的背景

对于有序列表的查找来说，无法找到类似用在有序数组上的二分查找这样的查找算法，因此遍历的效率比较低，跳跃表的出现就是为了提高有序链表的遍历效率

跳跃表的结构

下图是概念上的跳跃表，框中的部分是原始的有序链表，我们将其进行改造，抽离成多层，属于同一列的节点的值相同，这就是一个跳跃表的雏形了（L1、L2、L3是每层对应的头节点，此时共3层），然后我们就能用跳跃表来简化我们的有序链表的查询操作

此时你应该很疑惑，跳跃表是如何从一个有序单列表抽离成很多层的从而得到跳跃表的，很遗憾，跳跃表的建立将设计概率论的一些知识，我认为现在讲解这部分并不合适，所以请假设跳跃表已经由一个有序单列表出发并建立成功了，接下来我们来看看跳跃表是如何简化有序链表的查询操作的

利用跳跃表查询有序链表

查询规则：如果查询目标大于当前值，查当前节点的后一个（同层），如果小于当前值，则下降到当前节点的前一个节点的正下方，并从该节点的后一个开始查询（正下方节点不用查），如果已经下降到第一层，且查到某个值已经大于查询目标的值，则表示目标表示不存在，无需继续查询

现在我们要查询有序链表中是否存在3这个值，此时跳跃表已经抽离成3层，我们从L3头节点出发，它有一个指向后一个节点的指针，很辛运，后一个节点值为3，查询结束

现在我们查询有序链表中是否存在值为2.5的节点，依旧从第3层的头节点L3开始查，后一个是值为3的节点，显然，因为链表是有序的，因此往后查将没有结果，所以下降到第2层的L2节点的后一个节点去查，值为1，继续查它的后一位，值为3，因此需要再下降到第1层的值为1的节点的后一个节点开始查询，值为2，继续查后一个节点，值为3，此时无法下降，查询结束

Redis跳跃表图示

Redis的跳跃表本质上就是上面我们提到的跳跃表，它由一个个跳跃表Node节点组成，而整体由一个list表示，由list表示是因为list记录了listNode网络的头指针，尾指针，层数，长度信息，有了list就可以操作跳跃表，这种list的用法出现在绝大多数Redis的数据结构中

光看下面这张图你可能很疑惑，这和上面的跳跃表结构图并不相同，别急，往下看~

Redis跳跃表数据结构

跳跃表的list结构实现

typedef struct zskiplist {

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

	unsigned long length;				//表中的节点数量

	int level;							//表中层数最大的节点数量

}

跳跃表的Node节点实现

typedef struct zskiplistNode {

    //后退指针，指向前一个节点的位置，用于逆向遍历顺序链表

	struct zskiplistNode *backward;

	//分值，因为需要建立有序链表，因此需要一个值去度量顺序

    double score;

    //成员对象，用于存放可能需要保存的对象

	robj *obj;

    //层

	struct zskiplistLevel {

        //前进指针

		struct zskiplistNode *forward;

       	//跨度（上图箭头上的数值表示跨过了几个节点）

        unsigned int span;

	} level[];

} zskiplistNode;

listNode中最重要的是level[]数组，这个数组就是图上每个Node节点的L1~Ln的部分，它的作用就是虽然我们整个Redis跳跃表只有n个节点，但是我们在逻辑上将其抽离成了多层：同一列上节点，各个层其实共用一个节点，并没有新创建多余的节点

上面整个跳跃表在Redis中只要4个listNode节点就能组成，且用一个list结构表示，如下：

再说一遍：每个红框只代表一个listNode节点，而它内部的level[]数组，举个例子：

节点A的level[1]的forward属性表示：如果将节点A当作在第一层上，该节点的后一个节点的指针

同理，节点A的level[2]的forward属性表示：如果将节点A当作在第二层，该节点的后一个节点的指针

小结

你一定要好好理解：level[i]中存放的是第i层上，当前节点的下一个节点的地址，每个节点是被各层共享的，不同的是在各层上，它指向的下一个节点的地址不同
每层形成长短不一的有序链表，配合下降层数进行有序链表的查询，效率更高