Redis學習筆記（四） 跳躍表與整數集合

（一）跳躍表

跳躍表是一種有序的數據結構，它經過每一個節點中維持多個指向其餘節點的指針，從而達到快速訪問節點的目的。

Redis使用跳躍表做爲有序集合鍵的底層實現之一，若是一個有序集合包含的元素數量比較多，或者有序集合中元素的成員是比較長的字符串時，Redis就會使用跳躍表做爲有序集合鍵的底層實現。

Redis中的兩個地方用到了跳躍表，一個是實現有序集合鍵，另外一個是在集羣節點中用做內部數據結構。

Redis的跳躍表由zskiplistNode 與 zskiplist 兩個結構定義。其中zskiplistNode 結構用於標識跳躍表節點，zskiplist結構用於保存跳躍表節點的相關信息（表頭、表尾節點、節點數量等）。

 

zskiplistNode

typedef struct zskiplistNode{
　　//層
　　struct zskiplistLevel{
　　　　struct zskiplistNode *forward;//前進指針
　　　　unsigned int span;//跨度
　　} level[];
　　//後退指針
　　struct zskiplistNode *backward;
　　//分值
　　double score;
　　//成員對象
　　robj *obj;
}

層中包含多個元素，每一個元素是指向其餘節點的指針，經過這些層能夠加快訪問其餘節點的速度，層越多，訪問其餘節點的速度越快。沒增長一個跳躍節點，程序根據冪次定律（越大的數出現機率越小）生成1-32之間的值做爲層高。

一、每層都有一個指向表尾方向的前進指針，做爲表頭向表尾方向訪問節點。

二、層中的跨度用於記錄兩個節點之間的距離。

三、後退指針則只能一次跨1個節點進行訪問。

四、跳躍表的排序是按照全部節點的分值來排序的。

五、節點中的對象則是保存了一個SDS的字符串。

六、同一個跳躍表的對象必須惟一，但分值能夠重複。（相同分數，成員小的靠前排）。

跳躍表zskiplist

typedef struct zskiplist{
    struct skiplistNode *header,*tail;//表頭節點與表尾節點
    unsigned long length;//表中節點的數量
    int level;//表中層數最大的節點的層數(表頭不計算在內)
} zskiplist;

 

（二）整數集合

整數集合是集合鍵的底層實現之一，當一個集合只包含整數值元素，而且集合的元素數量很少時，Redis就會使用整數集合做爲集合鍵的底層實現，而且保證集合中不會出現重複元素。

intset

typedef struct intset{
    uint32_t encoding;//編碼方式
    uint32_t length;//集合包含的元素數量。
    int8_t contents[];//保存元素的數組 
} intset;

contents數組是這個數集合的底層實現：整數集合的每一個元素都是contents數組的一個數組項，各個項的數組中按值的大小從小到大有序地排列，而且數組中不包含任何重複項。

 

升級

當咱們要將一個新元素添加到整數集合裏面時，而且新元素類型比整數集合現有的全部元素類型都長時，整數集合須要先進性升級，而後才能將新的元素添加到整數集合中。

一、根據新元素的類型，擴展整數集合底層數組的空間大小，併爲新元素分配空間。

二、將底層數組現有的全部元素都轉換爲與新元素相同的類型，並將類型轉換後的元素放置到正確位置上，並且在放置元素過程當中，須要繼續維持底層數組的有序性質不變。

三、將新元素添加到底層數組裏面。

四、修改整數集合encoding屬性。

由於每次向整數集合添加新元素都有可能引發升級，而每次升級都須要將底層數組中已有的全部元素進行類型轉換，因此向整數集合中添加新元素的時間複雜度爲O(N);

 

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天天學一點，總會有收穫。

說明：尊重做者知識產權，文中內容參考《Redis設計與實現》，僅在此作學習與你們分享。