【Redis学习笔记】Redis跳表简析（插入过程）

作者： 顺风车运营研发团队 闫昌

node和list的定义如下:

typedef struct zskiplistNode {
    sds ele;
    double score;
    struct zskiplistNode *backward;
    struct zskiplistLevel {
        struct zskiplistNode *forward;
        unsigned int span;
    } level[];
} zskiplistNode;

typedef struct zskiplist {
    struct zskiplistNode *header, *tail;
    unsigned long length;
    int level;
} zskiplist;

1、node的创建:

zskiplistNode *zslCreateNode(int level, double score, sds ele) {
    zskiplistNode *zn =
        zmalloc(sizeof(*zn)+level*sizeof(struct zskiplistLevel));
    zn->score = score;
    zn->ele = ele;
    return zn;
}

从代码中可以看出，创建节点的内存为node本身大小+level个(struct zskiplistLevel)大小；

2、createList函数

/* Create a new skiplist. */
zskiplist *zslCreate(void) {
    int j;
    zskiplist *zsl;

    zsl = zmalloc(sizeof(*zsl));
    zsl->level = 1;
    zsl->length = 0;
    zsl->header = zslCreateNode(ZSKIPLIST_MAXLEVEL,0,NULL);//创建一个新节点, 节点的level为32, score为0
    for (j = 0; j < ZSKIPLIST_MAXLEVEL; j++) {//循环32遍
        zsl->header->level[j].forward = NULL;
        zsl->header->level[j].span = 0;
    }
    zsl->header->backward = NULL;
    zsl->tail = NULL;
    return zsl;
}

创建结果如图：

3、zslInsert函数

zskiplistNode *zslInsert(zskiplist *zsl, double score, sds ele) {
    zskiplistNode *update[ZSKIPLIST_MAXLEVEL], *x;
    unsigned int rank[ZSKIPLIST_MAXLEVEL];
    int i, level;

    serverAssert(!isnan(score));
    x = zsl->header;
    for (i = zsl->level-1; i >= 0; i--) {
        /* store rank that is crossed to reach the insert position */
        rank[i] = i == (zsl->level-1) ? 0 : rank[i+1];
        while (x->level[i].forward &&
                (x->level[i].forward->score < score ||
                    (x->level[i].forward->score == score &&
                    sdscmp(x->level[i].forward->ele,ele) < 0)))
        {
            rank[i] += x->level[i].span;
            x = x->level[i].forward;
        }
        update[i] = x;
    }
    /* we assume the element is not already inside, since we allow duplicated
     * scores, reinserting the same element should never happen since the
     * caller of zslInsert() should test in the hash table if the element is
     * already inside or not. */
    level = zslRandomLevel();
    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;
    }
    x = zslCreateNode(level,score,ele);
    for (i = 0; i < level; i++) {
        x->level[i].forward = update[i]->level[i].forward;
        update[i]->level[i].forward = x;

        /* update span covered by update[i] as x is inserted here */
        x->level[i].span = update[i]->level[i].span - (rank[0] - rank[i]);
        update[i]->level[i].span = (rank[0] - rank[i]) + 1;
    }

    /* increment span for untouched levels */
    for (i = level; i < zsl->level; i++) {
        update[i]->level[i].span++;
    }

    x->backward = (update[0] == zsl->header) ? NULL : update[0];
    if (x->level[0].forward)
        x->level[0].forward->backward = x;
    else
        zsl->tail = x;
    zsl->length++;
    return x;
}

下面详细阐述下插入过程：

一. 插入节点: level = 1, score = 1

第138行: x = zsl->header, 现在将x赋值为header, 参考图一

第139行: i = zsl->level-1 ===> 0, 所以这个for循环可以进入一次

第141行: i =0, zsl->level-1 = 0, 两个值相等. 所以rank[0] = 0

第142行: x->level[0]->forward = NULL, 所以这个while进不去

第150行: update[0] = x, 所以现在update[0]的值为header指向的节点

第156行. level = 1

第157行: zsl->level = 1, 所以这个if进不去

第165行: 新建一个node节点x, level = 1, score = 1

第166行: for循环可以进入一次

第167行: x->level[0]->forward = NULL

第168行: update[0]->level[0].forward = x

第171行: x->level[0].span = update[0]->level[0].span = 0

第172行: update[0]->level[0].span = 1

第176行: for条件不满足

第180行: x->backward = NULL

第181行: if条件不满足, 进入else

第185行: zsl->length++

二. 插入level = 1, score = 2

第138行: x = zsl->header, 现在将x赋值为header, 参考图一

第139行: i = zsl->level-1 ===> 0, 所以这个for循环可以进入一次

第141行: i =0, zsl->level-1 = 0, 两个值相等. 所以rank[0] = 0

第142行: x->level[0]->forward 不为空, x->level[0].forward->score = 1, 小于要插入的2, 所以while可以进入

第147行: rank[0] = 1

第148行: x = 上一步插入的节点

第150行: update[0] = 上一步插入的节点

第156行: level = 1

第157行: zsl->level = 1, 所以这个if进不去

第165行: 新建一个node节点x, level = 1, score = 2

第166行: for循环可以进入一次

第167行: x->level[0]->forward = NULL

第168行: update[0]->level[0].forward = x

第171行: x->level[0].span = update[0]->level[0].span = 0

第172行: update[0]->level[0].span = 1

第176行: for条件不满足

第180行: x->backward = update[0]

第181行: if条件不满足, 进入else

第185行: zsl->length++

三. 插入level = 2, score = 3

第138行: x = zsl->header, 现在将x赋值为header, 参考图一

第139行: i = zsl->level-1 ===> 0, 所以这个for循环可以进入一次

第141行: i =0, zsl->level-1 = 0, 两个值相等. 所以rank[0] = 0

第142行: x->level[0]->forward 不为空, x->level[0].forward->score = 1, 小于要插入的2, 所以while可以进入, 且由于x->level[0].forward->level[0]->foreard不为空, 所以while可以循环两次

第147行: 第一次while循环, rank[0] = 1, 第二次while循环, rank[0] = rank[0] + 1 = 2

第148行: x = 上一步插入的节点

第150行: update[0] = 上一步插入的节点

第156行: level = 2

第157行: level = 2, zsl->level = 1, 所以这个if可以进去

第158行: for循环可以进入一次

第159行: rank[1] = 0

第160行: update[1] = header

第161行: update[1]->level[1].span = zsl->length = 2

第163行: zsl->level = 2

第165行: 新建一个node节点x, level = 2, score = 3

第166行: for循环可以进入两次

第一次for循环:

第167行: x->level[0]->forward = NULL

第168行: update[0]->level[0].forward = x

第171行: x->level[0].span = update[0]->level[0].span = 0

第172行: update[0]->level[0].span = 1

第二次for循环:

第167行: x->level[1]->forward = NULL

第168行: update[1]->level[1].forward = x

第171行: x->level[1].span = update[1]->level[1].span = 2

第172行: update[1]->level[1].span = 3

第176行: for条件不满足

第180行: update[0] != zsl->header, 所以x->backward=update[0]

第181行: if条件不满足

第184行: zsl->header = x

第185行: zsl->length++

四. 插入level=2, score = 1.5

第138行: x = zsl->header, 现在将x赋值为header, 参考图一

第139行: i = zsl->level-1 ===> 1, 所以这个for循环可以进入两次

第一次for循环

第141行: i =1, zsl->level-1 = 0, 两个值相等. 所以rank[1] = 0

第142行: x->level[1]->forward 不为空, x->level[1].forward->score = 3, 大于要插入的0.5, 所以while进不去

第150行: update[1] = header

第二次for循环

第141行: i =0, zsl->level-1 = 1, 两个值不相等. 所以rank[0] = rank[1] = 0

第142行: x->level[0]->forward 不为空, x->level[0].forward->score = 1, 小于要插入的1.5, 所以while可以进入

第147行: header->level[0].span = 1, rank[0] += 1, 所以rank[0] = 1

第148行: x = header->level[0].forward, 由于此时x的score = 2所以while循环不会再进入

第150行: update[0] = 之前插入的第一个节点, 即score = 1的节点

第156行: level = 2

第157行: level = 2, zsl->level = 2, 所以这个if进不去

第165行: 新建一个node节点x, level = 2, score = 1.5

第166行: for循环可以进入两次

第一次for循环:

第167行: x->level[0]->forward = score为2的节点

第168行: update[0]->level[0].forward = x

第171行: x->level[0].span = update[0]->level[0].span = 1

第172行: update[0]->level[0].span = 1

第二次for循环:

第167行: x->level[1]->forward = 最后一个插入的score=3的节点

第168行: update[1]->level[1].forward = x

第171行: x->level[1].span = update[1]->level[1].span - (1 - 0) = 2

第172行: update[1]->level[1].span = (1-0) + 1 = 2

第176行: for条件不满足

第180行: x->backward = update[0]

第181行: if条件满足

第182行: score=2的节点的backward指向新生成的节点

第185行: length++

到此我们了解了跳跃表的插入过程。

待续