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Redis版本：5.0.5
文件： t_zset.c server.h
张老师讲解redis中跳跃表的概念
 跳跃表的实现C++

本篇文章则针对源码来进行分析

跳跃表(zskiplist zsiplistnode)概念

跳跃表是一种有序数据结构，它通过在每个节点中维持多个指向其它节点的指针，从而达到快速访问的目的。
跳跃表平均支持O(logN)、最坏O(N)复杂度的节点查找，还可以通过顺序性操作来批处理节点。
Redis何时使用跳跃表？
Redis使用跳跃表作为有序集合键的底层实现之一，如果一个有序集合包含的元素数量比较多，又或者有序集合中元素的成员是比较长的字符串时，Redis就会使用跳跃表来作为有序集合键的底层实现。

跳跃表的结构

typedef struct zskiplistNode {
    sds ele; //sds字符串
    double score; //分值
    struct zskiplistNode *backward; //后退指针，只在第1层有
    //level
    struct zskiplistLevel {
        struct zskiplistNode *forward; //前向指针
        unsigned long span; //跨度
    } level[]; //柔性数组
} zskiplistNode;

typedef struct zskiplist {
    struct zskiplistNode *header, *tail; //跳表的头指针和尾指针
    unsigned long length; //元素总数
    int level; //层级
} zskiplist;

解析创建插入查找删除函数(在代码中用注释详细解析)

1.创建函数

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

/* 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);
    //初始化每一层节点
    for (j = 0; j < ZSKIPLIST_MAXLEVEL; j++) {
        zsl->header->level[j].forward = NULL;
        zsl->header->level[j].span = 0;
    }
    zsl->header->backward = NULL;
    zsl->tail = NULL;
    return zsl;
}

2.插入函数(在代码中讲解的很详细)

zskiplistNode *zslInsert(zskiplist *zsl, double score, sds ele) {
    //update 用来保存每一层需要插入节点位置的前一个节点
    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];
        //如果节点值小于要插入的值则继续在该层节点查找
        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)))
        {
        	//累加当前level到插入节点位置的span
            rank[i] += x->level[i].span;
            x = x->level[i].forward;
        }
        //保存每一层的要插入位置的前一个节点
        update[i] = x;
    }
	//随机level
    level = zslRandomLevel();
    //新插入节点的level大于当前跳表的level
    if (level > zsl->level) {
        for (i = zsl->level; i < level; i++) {
            rank[i] = 0;
            //多出的level的前一个节点为header，跨度就是当前zskiplist的长度
            update[i] = zsl->header;
            update[i]->level[i].span = zsl->length;
        }
        //更新跳表的level
        zsl->level = level;
    }
    //创建一个新zskiplistnode
    x = zslCreateNode(level,score,ele);
    //将其插入在每一层中
    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 */
        //rank[0] - rank[i] 就是新插入节点和每一层前一个节点之间的span
        x->level[i].span = update[i]->level[i].span - (rank[0] - rank[i]); //新插入节点的span
        update[i]->level[i].span = (rank[0] - rank[i]) + 1;           //更新插入位置前一个节点的span
    }

    /* increment span for untouched levels */
    for (i = level; i < zsl->level; i++) {
        update[i]->level[i].span++;
    }
    //为新插入节点的前驱指针赋值
    x->backward = (update[0] == zsl->header) ? NULL : update[0];
    //没有插在第1层的结尾则将其下一个节点的前向指针指向x
    if (x->level[0].forward)
        x->level[0].forward->backward = x;
    //否则更新zskiplist的tail指针
    else
        zsl->tail = x;
    //长度+1
    zsl->length++;
    return x;
}

3.删除函数（zslDelet函数是暴露给用户可见的）

void zslDeleteNode(zskiplist *zsl, zskiplistNode *x, zskiplistNode **update) //update为要删除节点的前一个节点的集合
{
    int i;
    //从第一层向上删除
    for (i = 0; i < zsl->level; i++) {
        //如果当前节点和要删除节点的值相同则删除
        if (update[i]->level[i].forward == x) {
            update[i]->level[i].span += x->level[i].span - 1;
            update[i]->level[i].forward = x->level[i].forward;
        }
        //否则将该结点的span-1 
        else {
            update[i]->level[i].span -= 1;
        }
    }
    //该结点不是尾节点
    if (x->level[0].forward) {
        x->level[0].forward->backward = x->backward;
    }
    //是尾节点则更新尾节点 
    else {
        zsl->tail = x->backward;
    }
    //将删除节点后的空层去除并且level--
    while(zsl->level > 1 && zsl->header->level[zsl->level-1].forward == NULL)
        zsl->level--;
    //元素总数-1
    zsl->length--;
}
//删除
int zslDelete(zskiplist *zsl, double score, sds ele, zskiplistNode **node) {
    zskiplistNode *update[ZSKIPLIST_MAXLEVEL], *x;
    int i;

    x = zsl->header;
    //和插入节点时的作用一样，找到删除节点位置的前一个节点
    for (i = zsl->level-1; i >= 0; i--) {
        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)))
        {
            x = x->level[i].forward;
        }
        update[i] = x;
    }
    /* We may have multiple elements with the same score, what we need
     * is to find the element with both the right score and object. */
    x = x->level[0].forward;
    //判断x和要删除的节点是否相同
    if (x && score == x->score && sdscmp(x->ele,ele) == 0) {
        zslDeleteNode(zsl, x, update);
        if (!node)
            zslFreeNode(x);
        else
            *node = x;
        return 1;
    }
    return 0; /* not found */
}

4释放函数这个函数的源代码比较简单，就不进行解析了。

void zslFreeNode(zskiplistNode *node) {
    sdsfree(node->ele);
    zfree(node);
}

/* Free a whole skiplist. */
void zslFree(zskiplist *zsl) {
    zskiplistNode *node = zsl->header->level[0].forward, *next;

    zfree(zsl->header);
    while(node) {
        next = node->level[0].forward;
        zslFreeNode(node);
        node = next;
    }
    zfree(zsl);
}

其实zskiplist在Redis中的主要用处是和dict一起实现Sorted Set。

函数	作用	时间复杂度
zslCreate	创建一个新的跳跃表	O(1)
zslFree	释放给定跳跃表，以及表中包含的所有结点	O(N)
zslInsert	将包含成员和分值的新节点添加到跳跃表中	平均为O(logN)，最坏为O(N)
zslDelete	删除跳跃表中包含给定成员和分值	平均为O(logN)，最坏为O(N)