Redis跳表排序原理及实现（redis跳表如何排序）

Redis跳表排序原理及实现

Redis是一款高性能的键值存储系统，常用于缓存、消息队列、排行榜等场景。其中排行榜是一个常见的应用场景，而跳表排序就是实现排行榜的一种基本思路。本文将介绍Redis跳表排序的原理及其实现方式。

跳表排序的原理

跳表排序是以链表为基础的数据结构，通过添加多级索引节点提高数据访问效率。它可以支持快速查找、插入、删除操作，时间复杂度均为O(log n)。跳表排序是Redis实现有序集合的底层数据结构之一。

具体实现方式为：在链表中增加多个类似于二叉树的节点，每个节点记录比它小的数据的位置。这些节点被称为索引节点，由于每两个相邻的索引节点的跨度是相等的，因此称之为跳表。

图1 展示了一个7级的跳表。每个节点上方的箭头表示它的前一个相邻节点，可通过这些指针在上面的索引层快速访问到下方的节点。

图1 跳表示意图

跳表排序的查找流程如下：

1.从顶层索引节点开始，沿着箭头向右找到当前节点的相邻节点。

2.若相邻节点的值小于目标值，则在当前层继续向右查找。

3.否则切换到下一层索引节点，重复步骤1。

4.若找到底层链表，依次遍历节点，直到找到目标节点或者遍历完所有节点。

跳表排序的插入与删除流程也类似，只不过需要先查找到插入/删除的位置节点，再增加/删除相应节点即可。

Redis跳表排序的实现

Redis采用C语言实现了跳表排序，其核心结构体为：

typedef struct zskiplistNode {
    struct zskiplistLevel {
        struct zskiplistNode *forward;
        unsigned int span;
    } level[];
    struct zskiplistNode *backward;
    double score;
    robj *obj;
} zskiplistNode;
typedef struct zskiplist {
    struct zskiplistNode *header, *tl;
    unsigned long length;
    int level;
} zskiplist;

其中，zskiplistNode表示跳表的节点，level数组就是每个节点的多级索引节点。zskiplist则是跳表的整体数据结构，包括头节点、尾节点、链表长度和层数等。

跳表排序的查找、插入和删除操作都在Redis源码中定义了相关函数：

zskiplistNode *zslFirstInRange(zskiplist *zsl, zrangespec *range);
zskiplistNode *zslLastInRange(zskiplist *zsl, zrangespec *range);
unsigned long zslDeleteRangeByScore(zskiplist *zsl, double min, double max, int flags);
void zslInsert(zskiplist *zsl, double score, robj *obj);

在zslFirstInRange和zslLastInRange函数中，采用头尾哨兵节点的方式遍历跳表，用指针指向查找范围。

zslDeleteRangeByScore函数则是依次查找到删除范围内的节点，并将其从跳表中删除。

zslInsert函数用于插入新节点，通过随机生成跳表节点的级别，将节点插入到相应的索引列表中。

以上就是Redis跳表排序的实现方式，它通过多级索引节点优化数据访问效率，在Redis中应用广泛，成为了实现有序集合的重要数据结构之一。

结语

跳表排序是一种高效的数据结构，它可以支持快速访问、插入、删除操作。Redis采用跳表排序实现有序集合，通过头尾哨兵节点和插入随机级别的方式优化了数据访问效率。在实际应用中，Redis跳表排序经常用于排行榜、TopN等场景，其高性能和快速响应成为了开发者的首选。