【Redis】跳表结构

1、背景

redis中的跳表是一种有序数据结构，主要用于实现有序集合（zset）。跳表通过多级索引实现高效查找（平均O(logN)时间复杂度），同时保持插入和删除的高效性，下面就来讲解一下跳表（redis版本6.2.18）的底层结构。

2、跳表

【1】底层结构

跳表节点结构体如下：

typedef struct zskiplistNode {sds ele; //存储的元素double score; //排序分值，节点按score升序排列struct zskiplistNode *backward; //后向指针（单向链表，用于从尾到头遍历）struct zskiplistLevel {struct zskiplistNode *forward; //前向指针unsigned long span; //当前节点到下一个节点的跨度} level[]; //层级数组
} zskiplistNode;

跳表结构体如下：

typedef struct zskiplist {struct zskiplistNode *header, *tail; //指向跳表节点的头尾节点（头节点是虚拟节点，不存储数据）unsigned long length; //跳表中元素数量int level; //跳表实际使用的最高层数
} zskiplist;

【2】关键操作

跳表的关键操作有如下几种：

1、查找：从高层开始向右遍历，若下一节点分值大于目标值，则下降一层
2、插入：随机生成节点层数，更新前后指针和跨度
3、删除：类似插入的逆向操作

【3】redis使用跳表原因

redis使用跳表而不使用红黑树因为：

1、平衡性：相比红黑树，跳表实现更简单，且支持范围查询
2、性能：与红黑树的查找/插入均为O(logN)，但跳表更适合并发场景（Redis6.0后支持多线程）

【4】特性

跳表的特性如下：

特性	说明
数据结构用途	实现有序集合的核心数据结构之一
时间复杂度	查找/插入/删除：平均O(logN)，最坏O(N)
空间复杂度	平均O(N)（每个节点需存储多级指针）
层数控制	节点层数随机生成，高层稀疏，低层密集
关键操作	ZADD：插入节点并维护跳表结构- ZRANGE：按分值范围遍历- ZRANK：利用 span 计算排名
与红黑树相比	优势：实现简单，天然支持范围查询- 劣势：空间占用略高
并发支持	Redis 6.0+ 多线程模式下，跳表操作仍为单线程（由主线程处理）