跳跃表
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。
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树要来得更为简单,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就会使用跳跃表来作为有序集合键的底层实现。
Redis只在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
5.1 跳跃表的实现
跳跃表示例如图所示

- 图片左面的结构zskiplis包含以下属性
- header:指向跳跃表的表头节点。
- tail:指向跳跃表的表尾节点。
- 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)
- 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)、
- 图片右面的结构zskiplistNod包含以下属性
- 层(level):每个层都带有两个属性:前进指针和跨度。前进指针用于访问位于表尾方向的其他节点,而跨度则记录了前进指针所指向节点和当前节点的距离
- 后退(backward)指针:节点中用BW字样标记节点的后退指针,它指向位于当前节点的前一个节点。后退指针在程序从表尾向表头遍历时使用。
- 分值(score):各个节点中的1.0、2.0和3.0是节点所保存的分值。在跳跃表中,节点按各自所保存的分值从小到大排列
- 成员对象(obj):各个节点中的o是节点所保存的成员对象
5.1.1 跳跃表节点
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层
跳跃表节点的level数组可以包含多个元素,每个元素都包含一个指向其他节点的指针,程序可以通过这些层来加快访问其他节点的速度,一般来说,层的数量越多,访问其他节点的速度就越快。
每次创建一个新跳跃表节点的时候,程序都根据幂次定律随机生成一个介于1和32之间的值作为level数组的大小
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前进指针
每个层都有一个指向表尾方向的前进指针,用于从表头向表尾方向访问节点
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跨度
层的跨度用于记录两个节点之间的距离
两个节点之间的跨度越大,它们相距得就越远;指向NULL的所有前进指针的跨度都为0,因为它们没有连向任何节点
跨度实际上是用来计算排位(rank)的:在查找某个节点的过程中,将沿途访问过的所有层的跨度累计起来,得到的结果就是目标节点在跳跃表中的排位
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后退指针
节点的后退指针用于从表尾向表头方向访问节点,每个节点只有一个后退指针
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分值和成员
节点的分值是一个double类型的浮点数,跳跃表中的所有节点都按分值从小到大来排序
节点的成员对象是一个指针,它指向一个字符串对象
各个节点保存的成员对象必须是唯一的,但是多个节点保存的分值却可以是相同的:分值相同的节点将按照成员对象在字典序中的大小来进行排序
5.1.2 跳跃表
header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
level属性则用于在O(1)复杂度内获取跳跃表中层高最大的那个节点的层数量
5.2 跳跃表API

5.3 重点回顾
- 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
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