什么是跳跃表*
跳跃表是一种有序的数据结构,它通过在每个节点中维持多个指向其他的几点指针,从而达到快速访问队尾目的。跳跃表的效率可以和平衡树想媲美了,最关键是它的实现相对于平衡树来说,代码的实现上简单很多。

跳跃表用在哪
说真的,跳跃表在 Redis 中使用不是特别广泛,只用在了两个地方。一是实现有序集合键,二是集群节点中用作内部数据结构

跳跃表原理
我们先来看一下一张完整的跳跃表的图。(图片来自《Redis 设计与实现》)


Redis中zSet跳跃表问题 redis跳跃表原理_redis

跳跃表的 level 是如何定义的?
跳跃表 level 层级完全是随机的。一般来说,层级越多,访问节点的速度越快

跳跃表的插入
首先我们需要插入几个数据。链表开始时是空的。

Redis中zSet跳跃表问题 redis跳跃表原理_跳跃表_02

插入 level = 3,key = 1
当我们插入 level = 3,key = 1 时,结果如下:

Redis中zSet跳跃表问题 redis跳跃表原理_跳跃表_03

插入 level = 1,key = 2
当继续插入 level = 1,key = 2 时,结果如下

Redis中zSet跳跃表问题 redis跳跃表原理_redis_04

插入 level = 2,key = 3
当继续插入 level = 2,key = 3 时,结果如下

Redis中zSet跳跃表问题 redis跳跃表原理_链表_05

插入 level = 3,key = 5
当继续插入 level = 3,key = 5 时,结果如下

Redis中zSet跳跃表问题 redis跳跃表原理_redis_06

插入 level = 1,key = 66
当继续插入 level = 1,key = 66 时,结果如下

Redis中zSet跳跃表问题 redis跳跃表原理_redis_07

 

插入 level = 2,key = 100

当继续插入 level = 2,key = 100 时,结果如下

Redis中zSet跳跃表问题 redis跳跃表原理_跳跃表_08

上述便是跳跃表插入原理,关键点就是层级–使用抛硬币的方式,感觉还真是挺随机的。每个层级最末端节点指向都是为 null,表示该层级到达末尾,可以往下一级跳。

跳跃表的查询

现在我们要找键为 66 的节点的值。那跳跃表是如何进行查询的呢?

跳跃表的查询是从顶层往下找,那么会先从第顶层开始找,方式就是循环比较,如过顶层节点的下一个节点为空说明到达末尾,会跳到第二层,继续遍历,直到找到对应节点。

如下图所示红色框内,我们带着键 66 和 1 比较,发现 66 大于 1。继续找顶层的下一个节点,发现 66 也是大于五的,继续遍历。由于下一节点为空,则会跳到 level 2。


Redis中zSet跳跃表问题 redis跳跃表原理_Redis中zSet跳跃表问题_09

                                                                                                顶层遍历

上层没有找到 66,这时跳到 level 2 进行遍历,但是这里有一个点需要注意,遍历链表不是又重新遍历。而是从 5 这个节点继续往下找下一个节点。如下,我们遍历了 level 3 后,记录下当前处在 5 这个节点,那接下来遍历是 5 往后走,发现 100 大于目标 66,所以还是继续下沉。

Redis中zSet跳跃表问题 redis跳跃表原理_redis_10


                                                                                                    第二层遍历

当到 level 1 时,发现 5 的下一个节点恰恰好是 66 ,就将结果直接返回。

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                                                                                                     遍历第一层

跳跃表删除
跳跃表的删除和查找类似,都是一级一级找到相对应的节点,然后将 next 对象指向下下个节点,完全和链表类似。

现在我们来删除 66 这个节点,查找 66 节点和上述类似。

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接下来是断掉 5 节点 next 的 66 节点,然后将它指向 100 节点。

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如上就是跳跃表的删除操作了,和我们平时接触的链表是一致的。当然,跳跃表的修改,也是和删除查找类似,只不过是将值修改罢了,就不继续介绍了。