原始碼筆記4 跳躍表skiplist

//跳躍表節點
/* zsets use a specialized version of skiplists */
typedef
struct zskiplistnode level;
// 該節點擁有的層級陣列 (柔性陣列)
} zskiplistnode;

// 跳躍表結構
typedef
struct zskiplist zskiplist;

#define zskiplist_maxlevel 32 /* should be enough for 2^32 elements */ #define zskiplist_p 0.25 /* skiplist p = 1/4 */

可以先看下有序集合的結構，其中就包含跳躍表的實現。後面再單獨分析有序集合zset。

// 有序集合
typedef
struct zset zset;

先根據個人理解，畫一張跳躍表的圖，為了更好的理解下面的內容。

跳躍表除去「跳躍」的特性本身是個鍊錶，「跳躍」由level這個層級化的資訊中的指標帶來的。

程式設計上，總是從高層級開始訪問，相當於大範圍的查詢，隨著查詢範圍縮小，慢慢的降低層級，有一種跳著查的感覺。

zslcreatenode建立跳躍表節點

// 層數level 分數score 物件是obj zskiplistnode * zslcreatenode (int level, double score, robj *obj)

zslcreate建立乙個跳躍表

zskiplist *
zslcreate
(void
)// 頭結點的後退指標null
zsl->header->backward =
null
;// 尾結點
zsl->tail =
null
;return zsl;
}

zslrandomlevel隨機獲取乙個level，後面再細講。

zslinsert插入redis物件

zskiplistnode *
zslinsert
(zskiplist *zsl,
double score, robj *obj)
// 記錄將要和新節點相連線的節點
update[i]
= x;
}// 新節點的層數，通過隨機值獲取
level =
zslrandomlevel()
;// 如果新節點的層數大於當前跳躍表的最高層數
if(level > zsl->level)
// 更新表中節點最大層數
zsl->level = level;
}// 建立新節點
x =zslcreatenode
(level,score,obj)
;// 將前面記錄的指標指向新節點，並做相應的設定
for(i =
0; i < level; i++
)// 未接觸的節點的 span 值也需要增一，這些節點直接從表頭指向新節點
for(i = level; i < zsl->level; i++
)// 設定新節點的後退指標
x->backward =
(update[0]
== zsl->header)
?null
: update[0]
;if(x->level[0]
.forward)
x->level[0]
.forward->backward = x;
else
zsl->tail = x;
// 跳躍表的節點計數增一
zsl->length++
;return x;
}

zsldeletenode刪除指定節點

zsldelete刪除redis物件（先查詢，再呼叫zsldeletenode）

zslfreenode釋放指定的跳躍表節點

zslfree釋放指定的跳躍表

// 其中遍歷所有節點的**如下 // 因為物件都在第一層，只要一直遍歷前進指標即可 while (node)

先看乙個簡單的有序鍊錶：

在這樣乙個鍊錶中，如果要查詢某個資料，就需要從頭開始逐個比較，直到找到指定的節點。時間複雜度是o(n)。

現在假設每兩個節點，增加乙個指標。在這樣乙個鍊錶中，如果要查詢某個資料，同樣從頭開始逐個比較，但是它一次會跳過兩個節點，相比上乙個鍊錶，整體時間複雜度變成了o(n/2)。

按照這個思路，每三個節點再增加乙個指標，讓跳躍距離更大，這樣就擁有了更快的查詢能力。可以想象，當鍊表的長度比較大的時候，這樣多個層次的鍊錶進行「跳躍式」的查詢，能跳過很多下層的節點，大大提高查詢速度。

記下來思考，我們該怎麼去構建這個跳躍鍊錶，真的按照上面的想法，每幾個節點乙個迴圈這樣有序的高度變化嗎？

試想一下如果這麼做，新插入乙個節點，該怎麼維持原先的迴圈有序呢，需要調整新節點以及後面所有的節點。刪除乙個節點同理。那麼維護這樣乙個鍊錶，就變的更加麻煩。實際上，redis為了避免這個問題，採取的隨機高度的做法，每個節點的高度都是隨機性的，在整體上實現每個層次的數量級分化。

上面在讀redis的跳躍表時，有乙個函式是zslrandomlevel。具體**如下：

// zskiplist_maxlevel=32
// zskiplist_p=0.25
intzslrandomlevel
(void
)

這個函式，在每個新增節點時都會呼叫，也就是每個節點都會隨機出乙個level高度。

怎麼理解這件事。

函式中有乙個迴圈，條件是隨機數小於1/4，高度就增加1。從巨集觀角度上來看，假設有1000個節點，那麼就大概會有250個節點高度大於1，62個節點高度大於2，16個節點高度大於3… 大致就是每一層之上的節點數大約是這一層節點數的

1/4，這樣整體保證了這個跳躍表不會過於臃腫也不會失去跳躍性。

redis取1/4，這個數字不是固定的，在自己的設計中，也可以更改，是乙個彈性設計。

上圖是乙個redis中可能生成的跳躍表示例，現在來查詢9，需要的步驟是1->4->6->9，只需要4次就找到對應目標，查詢示例如下

原始碼筆記4 跳躍表skiplist

redis zskiplist 跳躍表原始碼學習

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