第5章 跳跃表

每个节点中维持多个指向其他节点的指针。支持平均O(logN),最坏O(N)复杂度的节点查找。

Redis使用跳跃表作为有序集合键的底层实现之一。

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。

1. 跳跃表的实现

redis.h/zskiplistNode和redis.h/zskiplist 两个结构定义。

zskiplist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（表头节点层数不计算在内）
length：记录跳跃表的长度，跳跃表目前包含节点的数量（表头节点不计算在内）

zskiplistNode结构：

层：L1、L2、... 每个层都带有两个属性：前进指针和跨度。
后退指针：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。用于从表尾向表头遍历时使用。
分值：各节点中的1.0、2.0、3.0是节点保存的分值。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：各节点中的o1、o2是节点所保存的成员对象

1.1 跳跃表节点

redis.h/zskiplistNode
/*
* 跳跃表节点
*/
typedef struct zskiplistNode {
// member 对象
robj *obj;
// 分值
double score;
// 后退指针
struct zskiplistNode *backward;
// 层
struct zskiplistLevel {
// 前进指针
struct zskiplistNode *forward;
// 这个层跨越的节点数量
unsigned int span;
} level[];
} zskiplistNode;

1.层

跳跃节点表的level数组的每个元素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

每次创建一个新的跳跃表节点的时候，程序都根据幂次定律（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”

2.前进指针

每个层都有一个指向表尾方向的前进指针。

3.跨度

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

4.后退指针

每次只能后退至前一个节点。

5.分值和成员

节点的分值是一个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是相同的：分值相同，将按照对象在字典序中的大小来进行排序

1.2 跳跃表

zskiplist结构

/*
* 跳跃表
*/
typedef struct zskiplist {
// 头节点，尾节点
struct zskiplistNode *header, *tail;
// 节点数量
unsigned long length;
// 目前表内节点的最大层数
int level;
} zskiplist;

2. 跳跃表API

zslCreate
zslFree
zslInsert
zslDelete
zslGetRank
zslGetElementByRank
zslIsRange 至少一个节点的分值在范围之内，那么返回1， 通过表头节点和表尾节点，O（1)
zslFirstInRange
zslLastInRange
zslDeleteRangeByScore
zslDeleteRangeByRank