摘要：Redis使用跳躍表（skiplist）作為有序集合（zset）的底層實現之一。

本文分享自華為雲社群《5分鐘瞭解Redis的內部實現跳躍表（skiplist）》，作者：萬貓學社。

跳躍表簡介

跳躍表（skiplist）是一個有序的資料結構，它通過在每個節點維護不同層次指向後續節點的指標，以達到快速訪問指定節點的目的。跳躍表在查詢指定節點時，平均時間複雜度為，最壞時間複雜度為O(N)。

Redis使用跳躍表（skiplist）作為有序集合（zset）的底層實現之一。當有序集合的元素個數大於等於zset-max-ziplist-entries（預設為128個），或者每個元素成員的長度大於等於zset-max-ziplist-value（預設為64位元組）的時候，使用跳躍表和雜湊表作為有序集合的內部實現。

舉個例子，我們使用zadd命令建立一個以跳躍表為實現的有序集合：

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"

跳躍表的實現

在Redis中的跳躍表是由zskiplist結構表示的，zskiplist結構包含由多個跳躍表節點組成的雙向連結串列，每一個跳躍表節點都儲存著元素成員和對應的分鐘。下面我們一個一個地詳細瞭解一下。

zskiplist結構

跳躍表是由zskiplist結構表示的，它包含以下幾個屬性：

• header屬性: 指向頭部跳躍表節點的指標。
• tail屬性：指向尾部跳躍表節點的指標。
• level屬性：表示跳躍表中層數最大的節點的層數，表頭節點的層數不計算在內。
• length屬性：表示跳躍表中的節點總數。

跳躍表節點的結構

跳躍表節點使用zskiplistNode結構表示，它包含以下幾個屬性：

• level屬性：表示層的陣列，陣列中每個項使用zskiplistLevel結構表示，它包含以下兩個屬性：
• forward屬性：指向位於表尾方向其他節點的指標。
• span屬性：當前節點到forward指向的節點跨越了多少個節點。
• backward屬性：指向當前節點的前一個節點的指標。
• obj屬性：指向元素成員的指標。
• score屬性：當前元素成員對應的分數。

圖解跳躍表

說了這麼多，都比較抽象不容易理解，我們來舉個例子：

這就是一個跳躍表的內部結構，其中有4個元素，鍵分別是：萬、貓、學、社。

為什麼不使用平衡樹？

跳躍表以有序的方式在層次化的連結串列中儲存元素， 在大多數情況下，跳躍表的效率可以和平衡樹媲美，查詢、刪除、新增等操作都可以在對數期望時間下完成， 並且比起平衡樹來說， 跳躍表的實現要簡單直觀得多。所以在Redis中沒有使用平衡樹，而是使用了跳躍表。

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