Redis 跳跃表：深入了解它的数据结构和性能优势

Redis 跳跃表简介

Redis 跳跃表是一种有序数据结构，它与链表和二叉查找树都有一些相似之处。与链表相比，跳跃表具有更快的查找速度，但它也比链表更复杂。与二叉查找树相比，跳跃表具有更简单的结构，但它的查找速度通常比二叉查找树更慢。

跳跃表的底层数据结构

跳跃表由一系列节点组成，每个节点包含三个基本元素：

• 值 ：节点存储的数据值。
• 指针 ：节点包含指向其他节点的指针，这些指针可以是单向的或双向的。
• 层数 ：节点包含一个层数字段，指示它在跳跃表中的层数。

跳跃表的结构如下：

┌──────────────┐   ┌──────────────┐   ┌──────────────┐
│ 值 1, 层数 1 │   │ 值 2, 层数 2 │   │ 值 3, 层数 3 │
├──────────────┤   ├──────────────┤   ├──────────────┤
│ 指针 →       │   │ 指针 →       │   │ 指针 →       │
└──────────────┘   └──────────────┘   └──────────────┘

┌──────────────┐   ┌──────────────┐   ┌──────────────┐
│ 值 4, 层数 2 │   │ 值 5, 层数 3 │   │ 值 6, 层数 1 │
├──────────────┤   ├──────────────┤   ├──────────────┤
│ 指针 →       │   │ 指针 →       │   │ 指针 →       │
└──────────────┘   └──────────────┘   └──────────────┘

如上图所示，跳跃表由三层组成。第一层是普通的有序链表，每层都包含一定数量的节点。每一层的节点都与下一层的节点相连。

跳跃表的查找

跳跃表中的查找操作非常高效。当我们需要查找某个值时，我们首先从第一层开始查找。如果在第一层找到了该值，那么我们就停止查找。如果在第一层没有找到该值，那么我们就继续查找第二层。依此类推，直到我们找到该值或者到达最后一层。

跳跃表的插入和删除

跳跃表的插入和删除操作也都很高效。当我们需要插入一个新值时，我们首先需要找到这个值应该插入的位置。然后，我们在该位置插入一个新的节点，并更新其他节点的指针。

当我们需要删除一个值时，我们首先需要找到这个值。然后，我们删除这个节点，并更新其他节点的指针。

Redis 为什么选择使用跳跃表

Redis 选择使用跳跃表作为其有序集合数据结构的底层实现，主要有以下几个原因：

• 高效的查找速度 ：跳跃表的查找速度非常快，即使是在非常大的数据集上，也可以在 O(log n) 的时间内完成查找。
• 高效的插入和删除速度 ：跳跃表的插入和删除速度也很高效，即使是在非常大的数据集上，也可以在 O(log n) 的时间内完成。
• 简单的结构 ：跳跃表的结构相对简单，这使得它的实现和维护都非常容易。

总结

跳跃表是一种高效的有序数据结构，它具有快速查找、插入和删除的速度。Redis 选择使用跳跃表作为其有序集合数据结构的底层实现，主要是因为跳跃表具有这些优点。