redis - 跳躍表詳細介紹

    redis吸引不少人使用的一個重要的緣由，就是它對衆多數據類型的支持。包括string,hash,set,zset,list等五種數據對象。

    其中zset用來保證數據的有序存儲，實現中，redis使用跳躍表和壓縮列表，做爲zset的底層實現。當元素數量比較多，或者元素成員是比較長的字符串時，底層實現採用跳躍表。

    跳躍表是什麼?

    一種有序的數據結構，經過在節點中維持多個指向其它節點的指針，達到快速訪問的目的。

      

    跳躍表的好處是什麼？ 

    1. 跟平衡樹相比，實現簡單；

    2. 平均複雜度爲O(logN),最壞爲O(N)；

   

    跳躍表的數據結構由 zskiplistNode 和 zskiplist 兩個結構定義，zskiplistNode表示跳躍表節點，zskiplist保存跳躍表節點的相關信息。

    

    zskiplistNode的數據結構以下：

   typedef struct zskiplistNode {

    robj *obj;

    double score;

    struct zskiplistNode *backward;

    struct zskiplistLevel {

        struct zskiplistNode *forward;

        unsigned int span;

     } level[];

   } zskiplistNode

    skiplistLevel包含多個元素，每一個元素包含一個指向其它節點的前進指針，經過它來加快訪問其它節點。每次建立一個跳躍表節點的時候，會隨機生成一個值，該值介於1和32之間，做爲level數組的大小。span表示層的跨度，用來計算最終的位置，程序在遍歷時，會將沿途訪問過的全部層的跨度累計，得出目標節點的對應位置；

    backward用於從表尾向表頭訪問節點；

    score 全部節點都按照它進行排序；

    obj 指向一個字符串對象；

    zskiplist的數據結構：  

    typedef struct zskiplist {

       struct zskiplistNode *header, *tail;

       unsigned long length;

       int level;

    } zskiplist;

   header,tail用來表示跳躍表的表頭和表尾巴節點，length表示跳躍表的總體長度，level表示跳躍表的高度。

   zskiplist的主要做用，是能夠方便的對整個跳躍表進行處理，好比獲取跳躍表的整個長度的信息。

 

   跳躍表的層數如何生成?

   在插入的過程當中構造，向跳躍表中插入一個數值，至關於在表中插入一列從起始跳躍表節點S出發，向上的一段數值，須要肯定兩個元素：數值的位置和層數。因爲全部鏈是遞增序列的方式，因此位置主要是根據對應數值的比較對出。而層數，程序會先記錄比該節點小的值的span，而後，隨機生成介於1和32之間的數值，做爲該節點的層數，該算法主要是基於冥次定律，越大的數出現的機率越小。假設level爲2的機率爲P，則level爲3的機率爲p*p,以此類推。

   跳躍表查找的示例圖：

  

   圖中，表示有三個節點，他們對應的score分別爲1，2,3，其中，虛線，表明在跳躍表中，查找score爲2，成員對象爲02的節點，在查找過程當中，通過了兩個span爲1的節點，因此，能夠得出該節點在跳躍表中的排位爲2。 BW表示後退指針，實線的，表示節點間的span，因爲節點間的關係比較多，因此只畫了幾個。