Redis數據結構—跳躍表
大家好，我是白澤，最近學校有點事Redis知識點的更新就放緩了，趁着周六趕緊補一補，我們開始吧~
跳躍表產生的背景
對於有序列表的查找來說，無法找到類似用在有序數組上的二分查找這樣的查找算法，因此遍歷的效率比較低，跳躍表的出現就是為了提高有序鏈表的遍歷效率
跳躍表的結構
下圖是概念上的跳躍表，框中的部分是原始的有序鏈表，我們將其進行改造，抽離成多層，屬於同一列的節點的值相同，這就是一個跳躍表的雛形了（L1、L2、L3是每層對應的頭節點，此時共3層），然后我們就能用跳躍表來簡化我們的有序鏈表的查詢操作
此時你應該很疑惑，跳躍表是如何從一個有序單列表抽離成很多層的從而得到跳躍表的，很遺憾，跳躍表的建立將設計概率論的一些知識，我認為現在講解這部分並不合適，所以請假設跳躍表已經由一個有序單列表出發並建立成功了，接下來我們來看看跳躍表是如何簡化有序鏈表的查詢操作的
利用跳躍表查詢有序鏈表
查詢規則：如果查詢目標大於當前值，查當前節點的后一個（同層），如果小於當前值，則下降到當前節點的前一個節點的正下方，並從該節點的后一個開始查詢（正下方節點不用查），如果已經下降到第一層，且查到某個值已經大於查詢目標的值，則表示目標表示不存在，無需繼續查詢
- 現在我們要查詢有序鏈表中是否存在3這個值，此時跳躍表已經抽離成3層，我們從L3頭節點出發，它有一個指向后一個節點的指針，很辛運，后一個節點值為3，查詢結束
- 現在我們查詢有序鏈表中是否存在值為2.5的節點，依舊從第3層的頭節點L3開始查，后一個是值為3的節點，顯然，因為鏈表是有序的，因此往后查將沒有結果，所以下降到第2層的L2節點的后一個節點去查，值為1，繼續查它的后一位，值為3，因此需要再下降到第1層的值為1的節點的后一個節點開始查詢，值為2，繼續查后一個節點，值為3，此時無法下降，查詢結束
Redis跳躍表圖示
Redis的跳躍表本質上就是上面我們提到的跳躍表，它由一個個跳躍表Node節點組成，而整體由一個list表示，由list表示是因為list記錄了listNode網絡的頭指針，尾指針，層數，長度信息，有了list就可以操作跳躍表，這種list的用法出現在絕大多數Redis的數據結構中
光看下面這張圖你可能很疑惑，這和上面的跳躍表結構圖並不相同，別急，往下看~
Redis跳躍表數據結構
跳躍表的list結構實現
typedef struct zskiplist {
struct zskiplistNode *header, *tail;//表頭節點和表尾節點
unsigned long length; //表中的節點數量
int level; //表中層數最大的節點數量
}
跳躍表的Node節點實現
typedef struct zskiplistNode {
//后退指針，指向前一個節點的位置，用於逆向遍歷順序鏈表
struct zskiplistNode *backward;
//分值，因為需要建立有序鏈表，因此需要一個值去度量順序
double score;
//成員對象，用於存放可能需要保存的對象
robj *obj;
//層
struct zskiplistLevel {
//前進指針
struct zskiplistNode *forward;
//跨度（上圖箭頭上的數值表示跨過了幾個節點）
unsigned int span;
} level[];
} zskiplistNode;
listNode中最重要的是level[]數組，這個數組就是圖上每個Node節點的L1~Ln的部分，它的作用就是雖然我們整個Redis跳躍表只有n個節點，但是我們在邏輯上將其抽離成了多層：同一列上節點，各個層其實共用一個節點，並沒有新創建多余的節點
上面整個跳躍表在Redis中只要4個listNode節點就能組成，且用一個list結構表示，如下：
再說一遍：每個紅框只代表一個listNode節點，而它內部的level[]數組，舉個例子：
節點A的level[1]的forward屬性表示：如果將節點A當作在第一層上，該節點的后一個節點的指針
同理，節點A的level[2]的forward屬性表示：如果將節點A當作在第二層，該節點的后一個節點的指針
小結
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你一定要好好理解：level[i]中存放的是第i層上，當前節點的下一個節點的地址，每個節點是被各層共享的，不同的是在各層上，它指向的下一個節點的地址不同
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每層形成長短不一的有序鏈表，配合下降層數進行有序鏈表的查詢，效率更高