Redis 2.8.9源码 - 跳表的实现

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本文代码能够在 src/redis.h 和 src/t_zset.c 两个文件中找到，关于跳表相关的api请参考另一篇文章   Redis 2.8.9源码 - 跳表操做 操做函数头整理，并注释做用和参数说明

Redis中用zset数据结构，用来存放一组有序的数据集，能够实现排行榜等功能，zset的内部实现使用的是一个叫作 跳表（skiplist）的数据结构，这个数据结构是由 William Pugh（《Skip lists: a probabilistic alternative to balanced trees》） 发明的一个性能上能够和平衡术媲美的数据结构，不熟悉此数据结构的能够见文章结尾的参考资料。

首先看一下实现跳表的数据结构

跳表节点（以下代码定义在 src/redis.h 中）：

typedef struct zskiplistNode {
    //跳表节点中key的对象
    robj *obj;
    //跳表节点中存储的分值
    double score;
    //跳表节点中 存放的前驱节点
    struct zskiplistNode *backward;
    //保存每一个节点中每一层指向的后继节点数组
    struct zskiplistLevel {
        //存放每一层的节点指针
        struct zskiplistNode *forward;
        //当前节点与后继节点跨过的节点数量
        unsigned int span;
    } level[];
} zskiplistNode;

跳表结构（以下代码定义在 src/redis.h 中）：

typedef struct zskiplist {
    //指向跳表节点的头尾指针
    struct zskiplistNode *header, *tail;
    //跳表节点的个数
    unsigned long length;
    //跳表节点最大层数
    int level;
} zskiplist;

而后咱们看一下跳表的建立

建立跳表节点（以下代码定义在 src/t_zset.c 中）：

zskiplistNode *zslCreateNode(int level, double score, robj *obj) {
    //根据当前节点 的层高来 分配 不一样大小的内存
    //内存大小为 结构自己 +　层数　* 每一层的占用的空间
    zskiplistNode *zn = zmalloc(sizeof(*zn)+level*sizeof(struct zskiplistLevel));
    //设置分值
    zn->score = score;
    //设置key对象
    zn->obj = obj; 
    //返回建立好的 节点指针
    return zn;
}

建立跳表（以下代码定义在 src/t_zset.c 中）：

zskiplist *zslCreate(void) {
    int j;
    zskiplist *zsl;
    //分配内存空间
    zsl = zmalloc(sizeof(*zsl));
    //设置默认层高为1 （每一个节点都有一个层高为1 指向后继接节点的指针）
    zsl->level = 1; 
    //节点数量
    zsl->length = 0; 
    //设置头结点 头结点高度默认为 32
    zsl->header = zslCreateNode(ZSKIPLIST_MAXLEVEL,0,NULL);
    //遍历头节点的每一层，并将设置每一层后继节点的默认值
    for (j = 0; j < ZSKIPLIST_MAXLEVEL; j++) {
        zsl->header->level[j].forward = NULL;
        zsl->header->level[j].span = 0; 
    }    
    zsl->header->backward = NULL;
    zsl->tail = NULL;
    //返回建立的跳表指针
    return zsl; 
}

跳表的插入（以下代码定义在 src/t_zset.c 中）：

zskiplistNode *zslInsert(zskiplist *zsl, double score, robj *obj) {
    //定义 节点数组 update用户保存插入节点每一层的前驱节点
    zskiplistNode *update[ZSKIPLIST_MAXLEVEL], *x;
    //rank 数组 用于保存 插入节点插入位置在每一层中跨国的节点数
    unsigned int rank[ZSKIPLIST_MAXLEVEL];
    int i, level;

    redisAssert(!isnan(score));
    //设置头节点
    x = zsl->header;
    //根据 跳表结构中定义的最高层数，来遍历每一层
    for (i = zsl->level-1; i >= 0; i--) {
        /* store rank that is crossed to reach the insert position */
        //若是是最高层，则标示扩过0个 节点，不然 记录跨过的节点数 与上一层相同
        rank[i] = i == (zsl->level-1) ? 0 : rank[i+1];
        //经过比较 若是插入分值小于右边节点就继续 向右遍历，并计算每一层的跨度，若是大于右边则下降一层
        //若是相等则 经过key对象进行大小比较
        while (x->level[i].forward &&
            (x->level[i].forward->score < score ||
                (x->level[i].forward->score == score &&
                compareStringObjects(x->level[i].forward->obj,obj) < 0))) {
            //记录每一层扩过的节点数
            rank[i] += x->level[i].span;
            //向右遍历
            x = x->level[i].forward;
        }
        //将每一层 插入节点的前驱节点记录到update数组中
        update[i] = x;
    }
    /* we assume the key is not already inside, since we allow duplicated
     * scores, and the re-insertion of score and redis object should never
     * happen since the caller of zslInsert() should test in the hash table
     * if the element is already inside or not. */
    //随机层的高度
    level = zslRandomLevel();
    //若是层高 比 当前层高 要高，则将header的指针指向 超出当前层高的部分
    if (level > zsl->level) {
        for (i = zsl->level; i < level; i++) {
            rank[i] = 0;
            update[i] = zsl->header;
            update[i]->level[i].span = zsl->length;
        }
        zsl->level = level;
    }
    //建立一个节点结构
    x = zslCreateNode(level,score,obj);
    //遍历 节点的每一层，并与前驱 和 后继节点进行关联
    for (i = 0; i < level; i++) {
        x->level[i].forward = update[i]->level[i].forward;
        update[i]->level[i].forward = x;

        //计算您当前节点与后继节点的跨过的节点数
        x->level[i].span = update[i]->level[i].span - (rank[0] - rank[i]);
        update[i]->level[i].span = (rank[0] - rank[i]) + 1;
    }
    
    //插入位置的节点 与 新插入的节点 之间跨过的 节点数
    for (i = level; i < zsl->level; i++) {
        update[i]->level[i].span++;
    }
    
    //设置 后退指针
    x->backward = (update[0] == zsl->header) ? NULL : update[0];
    //关联头尾
    if (x->level[0].forward)
        x->level[0].forward->backward = x;
    else
        zsl->tail = x;
    //增长跳表长度
    zsl->length++;
    return x;
}

跳表的遍历方式与 插入方式相同，都是从高层开始遍历，逐渐下降层数。

Redis2.8.9源码   src/redis.h   src/t_zset.c

Redis 设计与实现（初版）

一个C语言实现的跳表结构

Skiplist 跳表