[TOC] ### **什么是跳跃表** ***** 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。 **跳跃表详情参考**：[跳跃表](%E8%B7%B3%E8%B7%83%E8%A1%A8.md) ### **Redis中跳跃表的实现** ***** Redis的跳跃表由redis.h/zskiplistNode和redis.h/zskiplist两个结构定义： zskiplistNode表示跳跃表节点信息，zskiplist跳跃表节点的相关信息：节点的数量，以及指向表头节点和表尾节点的指针 ` `  #### **跳跃表节点** ***** **zskiplistNode结构** ``` 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; ``` ##### **层（level）** 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。在上面的图片中，连线上带有数字的箭头就代表前进指针，而那个数字就是跨度。当程序从表头向表尾进行遍历时，访问会沿着层的前进指针进行。 >每次创建一个新跳跃表节点的时候，程序都根据幂次定律（power law，越大的数出现的概率越小）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** 每个层都有一个指向表尾方向的前进指针（level\[i\].forward属性），用于从表头向表尾方向访问节点。图5-3用虚线表示出了程序从表头向表尾方向，遍历跳跃表中所有节点的路径：  **遍历整个跳跃表**  1）迭代程序首先访问跳跃表的第一个节点（表头），然后从第四层的前进指针移动到表中的第二个节点。 2）在第二个节点时，程序沿着第二层的前进指针移动到表中的第三个节点。 3）在第三个节点时，程序同样沿着第二层的前进指针移动到表中的第四个节点。 4）当程序再次沿着第四个节点的前进指针移动时，它碰到一个NULL，程序知道这时已经到达了跳跃表的表尾，于是结束这次遍历。 ##### **跨度** 层的跨度（level\[i\].span属性）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。 >**跨度和遍历操作无关**，**遍历操作**只使用**前进指针**就可以完成了 ##### **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）** 节点的分值（score属性）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（obj属性）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**。 ##### **成员对象（obj）** **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**，成员对象较小的节点会排在前面（靠近表头的方向），而成员对象较大的节点则会排在后面（靠近表尾的方向）。 >注意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，不过表头节点的这些属性都不会被用到，所以图中省略了这些部分，只显示了表头节点的各个层。 ##### 跳跃表 **zskiplist结构**： ``` typedef struct zskiplist { // 表头节点和表尾节点 structz 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; ``` * 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）  ` ` 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）。 ` ` ### **知识点** ***** ##### **跳跃表的时间复杂度** 跳跃表支持平均O（logN）、最坏O（N）复杂度的节点查找，还可以通过顺序性操作来批量处理节点。 >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。 ##### **跳跃表在Redis的用途** 和链表、字典等数据结构被广泛地应用在Redis内部不同，Redis只在两个地方用到了跳跃表，一个是实现`有序集合键`，另一个是在`集群节点`中用作`内部数据结构`，除此之外，跳跃表在Redis里面没有其他用途。 * 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。