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《Redis设计与实现》读书笔记(三)跳跃表

  跳跃表(skiplist)是一种有序数据结构,通过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,通过顺序性操作来批量处理节点。

  大部分情况下,跳跃表的效率和平衡树相媲美,实现比平衡树更简单。

  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,Redis使用跳跃表作为有序集合键的底层实现。 

跳跃表

  跳跃表在Redis的应用,实现有序集合键,在集群节点中用作内部数据结构。


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)。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。

length:记录跳跃表的长度(表头节点不计算在内)

后退(backward)指针:它指向位于当前节点的前一个节点。

分值(score):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o1,o2,o3是节点所保存的成员对象。

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,程序可以再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,注意表头节点的层高并不计算在内。

跳跃表节点


1.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,一般来说说,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之前的值多为level数组的大小,大小就是层的“高度”。

2.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。

3.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,因为他们没有连向任何节点。

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

4.后退指针

节点的后退指针(backward属性)用于从表尾向表头方向访问节点,每次只能后退至前一个节点

5.分值和成员

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。

在同一个跳跃表中,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)



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