跳跃表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;
跳跃表节点查找的时间复杂度平均O(logN),最坏O(N),并且可以通过顺序性操作来批处理节点;
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是比较长的字符串,redis就会使用跳跃表来作为有序集合键的底层实现;
和链表,字典数据结构被广泛应用在redis内部不同,redis只在两个地方用到了跳跃表,一个是实现有序集合建,另一个是在集群节点中用作内部数据结构。
1. 跳跃表的实现
图片最左边的是zskiplist结构,后面四个是zskiplistNode节点;
zskiplist结构包含下面几个属性:
- header:指向跳跃表的头节点;
- tail:指向跳跃表的尾节点;
- level:记录目前跳跃表内,层数最大的那个节点的层数;
- length:记录跳跃表的长度,也就是跳跃表目前的节点数(表节点不计算在内)
zskiplistNode接口包含下面几个属性:
- 层:节点总用L1,L2,L3等字样标记节点的各个层,每个层有两个属性: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;
- 后退指针:节点中用BW标记后退指针,指向前一个节点,在程序从表尾向表头遍历时使用;
- 分值:各个节点中的1.0,2.0,节点按照各自保存的分值从大到小排列;
- 成员对象:各个节点中的O1,O2;
表头节点和其他节点的构造是一样的:表头节点也有后退指针,分值和成员对象,不过头节点的这些属性不会被用到,所以图中省略了这些部分;
2. 跳跃表节点
2.1 层
level数组包含多个元素,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,层数数量越多,访问其他节点的速度越快;
每次创建一个跳跃表节点时,程序会根据算法随机生成一个介于1-32之间的值作为层的高度;
2.2 前进指针
2.3 跨度
跨度用来记录两个节点之间的距离,跨度越大,相距越远;指向null的所有前进指针的跨度都为0,因为他们没有指向任何节点;
跨度和遍历操作无关,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。
2.4 后退指针
每个节点只有一个后退指针,所以每次只能后退值前一个节点;
2.5 分值和成员
分值是个double类型的浮点数,跳跃表中的所有节点都按分值从小到大排列;
节点的成员对象是一个指针,他指向一个字符串对象,而字符串对象则保存着一个SDS值;
在同一个跳跃表中,各个节点的分值可以相同,但成员对象必须保持唯一,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,成员对象较小的节点会排在前面(靠近表头的方向);