平衡树：为什么Redis内部实现用跳跃表

摘要：Redis使用跳跃表（skiplist）作为有序集合（zset）的底层实现之一。

本文分享自华为云社区《5分钟了解Redis的内部实现跳跃表（skiplist）》，作者：万猫学社。

跳跃表简介

跳跃表（skiplist）是一个有序的数据结构，它通过在每个节点维护不同层次指向后续节点的指针，以达到快速访问指定节点的目的。跳跃表在查找指定节点时，平均时间复杂度为，最坏时间复杂度为O(N)。

Redis使用跳跃表（skiplist）作为有序集合（zset）的底层实现之一。当有序集合的元素个数大于等于zset-max-ziplist-entries（默认为128个），或者每个元素成员的长度大于等于zset-max-ziplist-value（默认为64字节）的时候，使用跳跃表和哈希表作为有序集合的内部实现。

举个例子，我们使用zadd命令创建一个以跳跃表为实现的有序集合：

127.0.0.1:6379> zadd one-more-zset 1 long-long-long-long-long-long-long-long-long-long-long-long-long-long
(integer) 1
127.0.0.1:6379> zrange one-more-zset 0 -1
1) "long-long-long-long-long-long-long-long-long-long-long-long-long-long"
127.0.0.1:6379> object encoding one-more-zset
"skiplist"

跳跃表的实现

在Redis中的跳跃表是由zskiplist结构表示的，zskiplist结构包含由多个跳跃表节点组成的双向链表，每一个跳跃表节点都保存着元素成员和对应的分钟。下面我们一个一个地详细了解一下。

zskiplist结构

跳跃表是由zskiplist结构表示的，它包含以下几个属性：

• header属性: 指向头部跳跃表节点的指针。
• tail属性：指向尾部跳跃表节点的指针。
• level属性：表示跳跃表中层数最大的节点的层数，表头节点的层数不计算在内。
• length属性：表示跳跃表中的节点总数。

跳跃表节点的结构

跳跃表节点使用zskiplistNode结构表示，它包含以下几个属性：

• level属性：表示层的数组，数组中每个项使用zskiplistLevel结构表示，它包含以下两个属性：
  • forward属性：指向位于表尾方向其他节点的指针。
  • span属性：当前节点到forward指向的节点跨越了多少个节点。
• backward属性：指向当前节点的前一个节点的指针。
• obj属性：指向元素成员的指针。
• score属性：当前元素成员对应的分数。

图解跳跃表

说了这么多，都比较抽象不容易理解，我们来举个例子：

这就是一个跳跃表的内部结构，其中有4个元素，键分别是：万、猫、学、社。

为什么不使用平衡树？

跳跃表以有序的方式在层次化的链表中保存元素， 在大多数情况下，跳跃表的效率可以和平衡树媲美，查找、删除、添加等操作都可以在对数期望时间下完成， 并且比起平衡树来说， 跳跃表的实现要简单直观得多。所以在Redis中没有使用平衡树，而是使用了跳跃表。

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