redis学习之四skiplist

之前相关联文章：
redis学习之一SDS
redis学习之二链表
redis学习之三字典

说明：本文是基于redis2.9版本

一 经典的skiplist

我们先来看看skiplist的一张示意图：

这是在一个有序列表{3，7，11，19，22，26，37}里查找23这个值的一个过程，它是从头节点的最上层开始，经过每个层的比较判断来进行节点的定位。
skiplist特性：

1. 由多层组成。
2. 每一层都是有序的链表。
3. 最底层(Level 1)的链表包含所有元素。
4. 如果一个元素出现在 Level i 的链表中，则它在 Level i 之下的链表也都会出现。
5. 每个节点包含两个指针，一个指向同一链表中的下一个元素，一个指向下面一层的元素。

skiplist是一种有序数据结构，支持平均O(logN)、最坏O(n)复杂度的节点查找，其效率不低于平衡树，且skiplist的实现较于平衡树实现要更简单。redis使用skiplist主要是在有序集合里。

skiplist定义

typedef struct zskiplist{
    //表头节点和表尾节点
    struct zskiplistNode *header,*tail;
    //表中节点数量
    unsigned long length;
    //最大节点层数
    int level;
}zskiplist;

二 redis里skiplist

redis里skiplist定义：

typeof struct zskiplistNode{
    //后退节点，当前节点指向的前一个节点，从后向前遍历时使用
    struct zskiplistNode *backward;
    //分值
    double score;
    //成员对象
    robj *obj;
    //层
    strcut zskiplistLevle{
        //前进指针
        struct zskiplistNode *forward;
        //跨度
        unsigned int span;
    }level[];
}zskiplistNode;

说明：图中是redis里使用经过改造过的skiplist，BW是后退指针；1.0/2.0/3.0是分值；o1/o2/o3是对象。
redis里的skiplist与经典的skiplist之间的比较，有如下特点：

1. 分数(score)允许重复，也就是skiplist的key是允许重复的。
2. 大比较过程中，需要比较score也需要比较数据本身。score相同时，数据本身是按字典有序的。
3. 第一层是一个双向链表，方便由后向前遍历。
4. 跨度span是用来计算排位(rank)的：在查找某个节点的过程中，将沿途访问过的所有层的跨度累计起来，得到的结果就是目标节点在skiplist中的排位。

三 redis里的sorted set

Redis中的sorted set，是在skiplist, dict和ziplist基础上构建起来的:

1. 当数据较少时，sorted set是由一个ziplist来实现的。
2. 当数据多的时候，sorted set是由一个叫zset的数据结构来实现的，这个zset包含一个dict + 一个skiplist。dict用来查询数据到分数(score)的对应关系，而skiplist用来根据分数查询数据（可能是范围查找）。

本文参考的有：
黄健宏的《Redis设计与实现》一书
张铁蕾关于skiplist的文章
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