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redis--跳跃表

程序员文章站 2024-02-28 13:25:10
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跳跃表


跳跃表是一种有序数据结构,它通过在每个节点中维持多个指向其他节点的指针,从而达到快速访问的目的。跳跃表支持平均O(logN)和最坏O(N^2)复杂度的节点查找,还可以通过顺序性操作来批量处理节点。效率可以和平衡树媲美。

跳跃表的实现

redis中用zskiplistNode表示跳跃表节点,而zskiplist结构用于保存跳跃表相关信息。结构如下所示:

typedef struct zskiplist {
    //表头节点和表尾节点
    struct zskiplistNode *header,*tail;
    //表中节点数量
    unsigned long length;
    //表中层数最大的节点的层数
    int level;
}

redis--跳跃表

  • 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(不包括表头节点)。
  • length:记录跳跃表的长度,即,跳跃表目前包含节点的数量(不计算表头节点)。
节点

跳跃表节点的结构定义如下

typedef struct zskiplistNode {
    // 后退指针
    struct askiplistNode *backward;
    //分值
    double score;
    //成员对象
    robj *obj;
    //层
    struct zskiplistLevel {
        //前进指针
        struct askiplistNode *forward;
        //跨度
        unsigned int span;
    }level[];
}zskiplistNode;
  1. 层: 用L1,L2等标记的各个层,每个层都有两个属性:前进指针和跨度,前进指针用于访问其他节点,跨度则记录了当前前进指针所指向的节点和当前节点的距离。
  2. 后退指针: 它指向当前节点的前一个节点。
  3. 分值: 在跳跃表中,节点按照保存的分值从小到大排列。
  4. 成员对象: 保存的成员对象。

表头节点和其他节点是一样的,知识后退指针,分值和成员对象不会应用到,所以省略了。

指向NULL的所有前进指针的跨度都为0;

在同一个跳跃表中,各个节点保存的程艳对象必须是唯一的,但多个节点保存的分值可以是相同的。节点的成员对象obj是一个指针,它指向一个字符串对象,而字符串对象则保存了一个SDS值。

每个跳跃表节点的层高都是1~32之间的随机数。

跳跃表中的节点按照分值大小进行排序,当分值相同时,节点按照成员对象的大小进行排序。

跳跃表API
函数 作用 时间复杂度
zslCreate 创建一个新的跳跃表 O(1)
zslFree 释放给定跳跃表,以及表中的节点 O(N),N为跳跃表长度
zslInsert 将包含给定成员和分值的新节点调价到跳跃表中 平均logN,最坏N^2
zslDelete 删除跳跃表中包含给定成员和分值的节点 平均logN,最坏N^2
zslGetRank 返回包含给定成员和分值的节点在跳跃表中的排位 平均logN,最坏N^2
zslGetElementByRank 返回跳跃表在给定排位上的节点 平均logN,最坏N^2
zslIsRange 给定一个范围,如果给定的范围包含在跳跃表的分值返回内返回1,否则返回0 O(1)
zslFirstInRange 给定一个分值范围,返回跳跃表中第一个符合这个返回的节点 平均logN,最坏N^2
zslLastInRange 给定一个分值范围,返回跳跃表中最后一个符合这个范围的节点 平均logN,最坏N^2
zslDeleteRangeByScore 给定一个分值范围,删除跳跃表中所有在这个范围之内的节点 O(N),N为被删除的节点数量
zslDeleteRangeByRank 给定一个排位范围,删除跳跃表中所有在这个范围内的节点 O(N),N为被删除的节点数量

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用法

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