研究Redis跳表的背后原理（redis的跳表原理）

研究Redis跳表的背后原理

Redis是一种基于内存的开源key-value存储系统，被广泛地应用于缓存、消息队列、数据存储等场景。为了提高Redis的性能，在实现有序集合（Sorted Set）的时候，Redis采用了一种叫做跳表（Skip List）的数据结构。

本文将介绍Redis跳表的背后原理，以及它带来的性能优势和实现方式。

跳表的基本定义

跳表是一种基于链表的数据结构，其目的是为了优化有序数组的查找效率。跳表通过在链表中增加指针，从而允许在查找数据的时候通过跳跃式的方式进行。跳表的层数是随机生成的，这样可以控制跳跃的次数，从而降低查找的时间复杂度。

如下图所示，每个节点不仅保存了一个指向下一个节点的指针，还保存了一个指向对应层级的下一个节点的指针。当查询一个节点时，首先从最高层级开始查找，如果这个节点大于目标值，则向下跳转到下一层级继续查找，直到找到目标节点。


跳表的优缺点

相比于有序数组和二叉查找树，跳表的查找效率较高，因为它避免了大量无效的比较操作。跳表也比红黑树的实现容易，而且空间利用率高，因为节点不需要额外的存储空间，只需要一个指向下一个节点的指针即可。同时，跳表的实现方式也比较简单。

但是，跳表也有一些缺点。随着节点数的增加，跳表中的指针数量也会增加。跳表的实现方式相对于其他数据结构来说较为复杂，且代码量较大。

跳表的实现方式

跳表的实现可以基于数组、链表或者红黑树等数据结构。在Redis中，跳表的实现方式基于链表，下面我们来看一下Redis跳表的实现。

Redis跳表中每个节点由一个score和一个value组成，其中score用于实现有序性，value则表示节点对应的数据。每个节点在不同层级中均为单向链表，用于实现跳跃式查找。

Redis跳表中的以下函数实现了节点的插入、删除和查找等功能：

“`c

// 在跳表中查找分值为score的节点

zskiplistNode *zslGetElementByScore(zskiplist *zsl, double score);

// 创建一个新的跳表节点并返回

zskiplistNode *zslCreateNode(int level, double score, sds ele);

// 将元素ele的分值score插入到跳表zsl中

zskiplistNode *zslInsert(zskiplist *zsl, double score, sds ele);

// 从跳表zsl中删除分值为score的节点

int zslDelete(zskiplist *zsl, double score, sds ele);

总结

Redis跳表是一种高效的有序数据结构，在Redis的很多实现中都有广泛的应用。跳表可以避免大量无效比较操作，从而提高查找效率。虽然跳表相对于其他数据结构较为复杂，但是Redis跳表的实现方式相对简单。