Redis之跳跃表

跳跃表的介绍

跳跃表（SkipList）是一种有序的数据结构，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。

跳跃表支持平均O（logN）、最坏O（N）复杂度的节点查找，还可通过顺序性操作来批量处理节点。

跳跃表用在哪里？

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比较多，或者元素的成员是比较长的字符串时，Redis使用跳跃表来作为有序集合键的底层实现。
除了有序集合键使用了跳跃表，另一个集群节点中用作内部数据结构。

什么是有序集合（Sort Set）？

有序集合就是一个set集合，然后每个元素关联一个分数值。可以用它来实现微博的排名热榜，，

例如，fruit-price是一个有序集合键，保存了130款水果的价钱

redis>ZRANGE fruit-price 0 2 WITHSCORES
1)"banana"
2)"5"
3)"cherry"
4)"6.5"
...

fruit-price有序集合的所有数据保存在一个跳跃表里，每个跳跃表的节点（node）保存了一块水果的价钱信息，水果按价钱的高低从低到高在跳跃表里面排序。

跳跃表的实现

跳跃表由两个结构定义，zskiplistNode结构表示跳跃表的节点，zskiplist结构用于保存跳跃表节点的相关信息（节点数量，头尾指针）。

zskiplist结构包含的属性
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（表头节点的层数不存在计算）
length	记录跳跃表的长度，即跳跃表目前包含节点的数量（不计算头结点）
后退指针（backward）	指向位于当前节点的前一个节点
分值（score）	各节点保存分值大小 从小到大排列
成员对象	每个节点保存的成员对象

层（level）：节点中用L1、L2等标记节点各层。
每层都带两个属性：前进指针和跨度。
前进指针访问位于表尾的其他节点，跨度记录前进指针所指向节点和当前节点的距离。

跳跃表的节点

zskiplistNode

typedef struct zskiplistNode{
    //层
    struct zskiplistLevel{
        //前进指针
        struct zskiplistNode *forward;
        //跨度
        unsigned int span;
    }level[];
    //后退指针
    struct zskiplistNode *backward;
    //分值
    double score;
    //成员对象
    robj *obj;
}zskiplistNode;

跳跃表层数越多，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，这个大小就是层的“高度”。
前进指针用于从表头向表尾方向访问节点。

遍历跳跃表：
寻找一个key。
首先从最高层开始，大于key（没找到），进入下一层，在这一层中，开始遍历，比key小，则向尾节点继续，当有比key大的，指针退后，并进入下一层，然后接着查找，知道找到key，或者到第一层也没找到对应的key。

跨度，也就相当于排名。

节点的分值是一个double类型的浮点数。
节点的成员对象是一个指针，它指向一个字符串对象，而字符串对象则保存着一个SDS值。
对象必须唯一，分值可以相同（按对象在字典序的大小排序）。

zskiplsit结构定义

typedef struct zskiplist{
    //表头节点和表尾节点
    struct skiplistNode *header,*tail;
    //表中节点的数量
    unsigned long length;
    //表中层数最大的节点的层数
    int level;
}zskiplist;