redis數據結構介紹二-第二部分 跳錶

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本文做者: Nicksxs

建立時間: 2020年01月04日

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跳錶 skiplist

跳錶是個在咱們平常的代碼中不太經常使用到的數據結構，相對來說就沒有像數組，鏈表，字典，散列，樹等結構那麼熟悉，因此就從頭開始分析下，首先是鏈表，跳錶跟鏈表都有個表字（太硬扯了我🤦‍♀️），注意這是個有序鏈表

如上圖，在這個鏈表裏若是我要找到 23，是否是我須要從3，5，9開始一直日後找直到找到 23，也就是說時間複雜度是 O(N),N 的一次冪複雜度，那麼咱們來看看第二個

這個結構跟原先有點不同，它給鏈表中偶數位的節點又加了一個指針把它們連接起來，這樣子當咱們要尋找 23 的時候就能夠從原來的一個個往下找變成跳着找，先找到 5，而後是 10，接着是 19，而後是 28，這時候發現 28 比 23 大了，那我在退回到 19，而後從下一層原來的鏈表往前找，

這裏毛估估是否是前面的節點我就少找了一半,有那麼點二分法的意思。
前面的實際上是跳錶的引子，真正的跳錶其實不是這樣，由於上面的其實有個比較大的問題，就是插入一個元素後須要調整每一個元素的指針，在 redis 中的跳錶實際上是作了個隨機層數的優化，由於沿着前面的例子，其實當數據量很大的時候，是否是層數越多，其查詢效率越高，可是隨着層數變多，要保持這種嚴格的層數規則其實也會增大處理複雜度，因此 redis 插入每一個元素的時候都是使用隨機的方式，看一眼代碼

/* ZSETs use a specialized version of Skiplists */
typedef struct zskiplistNode {
    sds ele;
    double score;
    struct zskiplistNode *backward;
    struct zskiplistLevel {
        struct zskiplistNode *forward;
        unsigned long span;
    } level[];
} zskiplistNode;

typedef struct zskiplist {
    struct zskiplistNode *header, *tail;
    unsigned long length;
    int level;
} zskiplist;

typedef struct zset {
    dict *dict;
    zskiplist *zsl;
} zset;

忘了說了，redis 是把 skiplist 跳錶用在 zset 裏，zset 是個有序的集合，能夠看到 zskiplist 就是個跳錶的結構，裏面用 header 保存跳錶的表頭，tail 保存表尾，還有長度和最大層級，具體的跳錶節點元素使用 zskiplistNode 表示，裏面包含了 sds 類型的元素值，double 類型的分值，用來排序，一個 backward 後向指針和一個 zskiplistLevel 數組，每一個 level 包含了一個前向指針，和一個 span，span 表示的是跳錶前向指針的跨度，這裏再補充一點，前面說了爲了靈活這個跳錶的新增修改，redis 使用了隨機層高的方式插入新節點，可是若是全部節點都隨機到很高的層級或者全部都很低的話，跳錶的效率優點就會減少，因此 redis 使用了個小技巧，貼下代碼

#define ZSKIPLIST_P 0.25      /* Skiplist P = 1/4 */
int zslRandomLevel(void) {
    int level = 1;
    while ((random()&0xFFFF) < (ZSKIPLIST_P * 0xFFFF))
        level += 1;
    return (level<ZSKIPLIST_MAXLEVEL) ? level : ZSKIPLIST_MAXLEVEL;
}

當隨機值跟0xFFFF進行與操做小於ZSKIPLIST_P * 0xFFFF時纔會增大 level 的值，所以保持了一個相對遞減的機率
能夠簡單分析下，當 random() 的值小於 0xFFFF 的 1/4,纔會 level + 1，就意味着當有 1 - 1/4也就是3/4的機率是直接跳出，因此一層的機率是3/4,也就是 1-P，二層的機率是 P(1-P),三層的機率是 P² (1-P) 依次遞推。