深入浅出：Redis 跳表的实现原理
Redis 是一款高性能的开源内存数据存储系统。在 Redis 中，跳表（Skip List）被广泛应用于有序集合的实现中。今天，我们将深入浅出地了解 Redis 跳表的实现原理，帮助更好地理解 Redis 底层数据结构。
跳表的定义
跳表是一种可以支持快速查找、插入、删除的有序数据结构。跳表由于具有高效的查找性能、容易实现等优点，成为了 Redis 内部实现有序集合的一种常用数据结构。
跳表的结构
跳表的整体结构是一个多层的链表，每一层都是一个有序序列，每个节点除了记录本节点的值和指向下一个节点的指针外，还会记录该节点在高层链表中的指针。以下是一个三层跳表的示意图：
跳表的节点定义如下：
“`c
typedef struct skipListNode {
int score;
struct skipListNode *forward[1];
}skipListNode;
参数说明：score：节点的分值，用于排序；forward：前向指针数组，在每一层都指向下一个节点，共计 n 层，数组大小为 forward[0] 至 forward[n]；跳表查询当跳表中存在 n 个节点时，对其中分值为 x 的节点进行查询，遍历的次数不超过 logn 代价最低。 执行跳表查询如下：1.初始化指针 从最高层开始，将指针指向对应节点。2.开始查找 从最高层开始，如果下一个节点的分值比目标分值小，就继续遍历下一个节点，直到找到查询的分值或者下一个节点的分值比目标分值大。3.下移指针 如果下一个节点的分值比目标分值大，就将指针下移一层，并重新执行步骤2。跳表插入在跳表中插入一个新节点时，需要找到插入位置并插入节点。插入节点有 50% 的概率会在某一层被插入，而在下一级序列不出现。执行跳表插入的步骤如下：1. 通过查询找到待插入节点的位置，并预先设置层数。 在插入节点之前，先从头开始查找要插入的位置，预先确定插入节点的所在层数。2. 更新层信息 插入新节点后，须更新跳表每层中指向相邻节点的指针，同时确定插入节点的层数。3. 完成插入操作跳表删除在跳表已知的删除节点后，需要找到删除节点的前后节点。为了保持跳表整体的有序性，必须依次删除该节点在各个层中的指针，并将前后节点的指针互相连接。执行跳表删除的步骤如下：1. 从最高层开始遍历找到要被删除的节点，并记录其所有前继节点。2. 遍历所有前继节点，并更新掉该节点在上一层的指针，如下图所示，删除节点 16 后需要重建节点 14 在上一层的指针，直至跳表的最低层。3. 删除指定的节点。跳表的实现以下是一个基于C语言实现的跳表操作的代码：```c#include#include#include// 跳表结构体typedef struct skipListNode { int score; struct skipListNode *forward[1];}skipListNode;// 跳表结构体typedef struct skipList { struct skipListNode *head; struct skipListNode *tl; int level; // 当前跳表最高级别}skipList;// 创建新的节点skipListNode* newNode(int level, int score) { skipListNode *node = (skipListNode*) malloc(sizeof(skipListNode) + level*sizeof(skipListNode*)); node->score = score; return node;}// 创建新的跳表skipList* createSkipList() { int i; skipList *list = (skipList*) malloc(sizeof(skipList)); skipListNode *head = newNode(32, 0); list->head = head; for(i = 0; i head->forward[i] = NULL; } list->tl = NULL; list->level = 1; srand(time(0)); return list;}// 插入节点void insert(skipList *list, int score) { skipListNode *update[32]; skipListNode *current; int i, level; current = list->head; for(i = list->level-1; i >= 0; i--) { while(current->forward[i] && current->forward[i]->score current = current->forward[i]; } update[i] = current; } if(current->forward[0] && current->forward[0]->score == score) { return; } level = rand()%32 + 1; if(level > list->level ) { for(i=list->level; i update[i] = list->head; } list->level = level; } current = newNode(level, score); for(i = 0; i current->forward[i] = update[i]->forward[i]; update[i]->forward[i] = current; }}// 删除节点void delete(skipList *list, int score) { skipListNode *update[32]; skipListNode *current; int i; current = list->head; for(i = list->level-1; i >= 0; i--) { while(current->forward[i] && current->forward[i]->score current = current->forward[i]; } update[i] = current; } current = current->forward[0]; if(current && current->score == score) { for(i = 0; i level; i++) { if(update[i]->forward[i] == current) { update[i]->forward[i] = current->forward[i]; } } free(current); while(list->level > 1 && list->head->forward[list->level-1] == NULL) { list->level--; } }}// 查找节点skipListNode* find(skipList *list, int score) { skipListNode *current; int i; current = list->head; for(i = list->level-1; i >= 0; i--) { while(current->forward[i] && current->forward[i]->score current = current->forward[i]; } } if(current->forward[0] && current->forward[0]->score == score) { return current->forward[0]; } else { return NULL; }}在以上代码中，我们使用链表实现了跳表的添加节点、删除节点和查询节点的功能。
结语
跳表是一种高效的数据结构，其底层实现被广泛应用于 Redis 内部有序集合的实现中。跳表通过增加多个等级来实现高效的查找、插入和删除。希望今天的文章能够让你更好地理解 Redis 跳表的实现原理。
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