Redis 跳跃列表与紧凑列表

Redis 跳跃列表（Skip List）

跳跃列表是一种高效的数据结构，它结合了有序数组和链表的优点，能够在 O(log n) 时间内进行插入、删除和查找操作。Redis 使用跳跃列表来实现有序集合（sorted set）的底层数据结构之一。

1. 跳跃列表的结构

跳跃列表由多个层级的链表组成，每一层都是一个有序链表。最低层包含所有元素，每一层都按一定概率跳过一些元素，从而减少查询路径的长度。

节点结构

每个节点包含以下几个部分：

• 值：节点存储的实际数据。
• 分数：用于排序的关键值。
• 前向指针数组：指向不同层级的下一个节点。

示意图：

Level 3:      1 ------> 6
Level 2:      1 --> 3 ------> 6 --> 9
Level 1:  1 --> 2 --> 3 --> 4 --> 5 --> 6 --> 7 --> 8 --> 9

2. 跳跃列表的操作

插入操作

插入一个新元素时，首先需要找到插入位置。查找路径通过各层链表找到最接近的节点，然后插入新节点并更新前向指针数组。

示意图：

原始列表：
Level 3:      1 ------> 6
Level 2:      1 --> 3 ------> 6 --> 9
Level 1:  1 --> 2 --> 3 --> 4 --> 5 --> 6 --> 7 --> 8 --> 9

插入 4.5：
Level 3:      1 ------> 6
Level 2:      1 --> 3 ------> 6 --> 9
Level 1:  1 --> 2 --> 3 --> 4 --> 4.5 --> 5 --> 6 --> 7 --> 8 --> 9

删除操作

删除元素时，类似于插入操作，先找到要删除的节点，然后调整前向指针数组，移除该节点。

查找操作

查找操作利用各层链表加速定位目标元素，通过前向指针数组快速跳过无关节点，找到目标节点。

3. 跳跃列表的实现

Redis 中跳跃列表的实现主要包括以下几个结构体：

• zskiplistNode：跳跃列表节点结构，包含值、分数、前向指针数组等。
• zskiplist：跳跃列表结构，包含头节点、尾节点、