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数要来得更为简单,所以有不少程序都使用跳跃表来代替平衡树。
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只有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。
/* ZSETs use a specialized version of Skiplists */
typedef struct zskiplistNode {
robj *obj; //成员对象
double score; //分值
struct zskiplistNode *backward; //后退指针
struct zskiplistLevel { //层
struct zskiplistNode *forward; //前进指针
unsigned int span; //跨度
} level[];
} zskiplistNode;
typedef struct zskiplist {
struct zskiplistNode *header, *tail; //header:指向跳跃表的表头节点,tail :指向跳跃表的表尾节点
unsigned long 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)
int 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)
} zskiplist;
typedef struct zset {
dict *dict;
zskiplist *zsl;
} zset;
/* ZSETs use a specialized version of Skiplists */
typedef struct zskiplistNode {
robj *obj; //成员对象
double score; //分值
struct zskiplistNode *backward; //后退指针
struct zskiplistLevel { //层
struct zskiplistNode *forward; //前进指针
unsigned int span; //跨度
} level[];
} zskiplistNode;
typedef struct zskiplist {
struct zskiplistNode *header, *tail; //header:指向跳跃表的表头节点,tail :指向跳跃表的表尾节点
unsigned long 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)
int 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)
} zskiplist;
typedef struct zset {
dict *dict;
zskiplist *zsl;
} zset;
hearder和tail 指针分别指向跳跃表的表头和表尾节点,通过这两个指针,程序定位表头节点和表尾节点的复杂度为O(1)。
通过使用length属性来记录节点的数量,程序可以在O(1)复杂度内返回跳跃表的长度。
总结:
跳跃表是有序集合的底层实现之一。
Redis的跳跃表实现由zskiplist 和zskiplistNode两个结构组成,其中zskiplist用于保存跳跃表信息(比如表头节点,表尾节点,长度),而zskiplistNode 则用于表示跳跃表节点。
每个跳跃表节点的层高都是1至32之间的随机数。
在同一个跳跃表中,多个节点可以包含相同的分值,但每个节点的成员对象必须是唯一的。
跳跃表中的节点按照分值大小进行排序,当分值相同时,节点按照成员对象的大小进行排序。