Redis学习笔记四 跳跃表与整数集合

(一)跳跃表

跳跃表是一种有序的数据结构,它通过每个节点中维持多个指向其他节点的指针,从而达到快速访问节点的目的。

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,或者有序集合中元素的成员是比较长的字符串时,Redis就会使用跳跃表作为有序集合键的底层实现。

Redis中的两个地方用到了跳跃表,一个是实现有序集合键,另一个是在集群节点中用作内部数据结构。

Redis的跳跃表由zskiplistNode 与 zskiplist 两个结构定义。其中zskiplistNode 结构用于标识跳跃表节点,zskiplist结构用于保存跳跃表节点的相关信息(表头、表尾节点、节点数量等)。

 

zskiplistNode

typedef struct zskiplistNode{
  //
   zskiplistLevel{
    struct zskiplistNode *forward;前进指针
    unsigned int span;跨度
  } level[];
  //后退指针
  struct zskiplistNode *backward;
  分值
  double score;
  成员对象
  robj *obj;
}

中包含多个元素,每个元素是指向其他节点的指针,通过这些层可以加快访问其他节点的速度,层越多,访问其他节点的速度越快。没增加一个跳跃节点,程序根据幂次定律(越大的数出现概率越小)生成1-32之间的值作为层高。

1、每层都有一个指向表尾方向的前进指针,作为表头向表尾方向访问节点。

2、层中的跨度用于记录两个节点之间的距离。

3、后退指针则只能一次跨1个节点进行访问。

4、跳跃表的排序是按照所有节点的分值来排序的。

5、节点中的对象则是保存了一个SDS的字符串。

6、同一个跳跃表的对象必须唯一,但分值可以重复。(相同分数,成员小的靠前排)。

跳跃表zskiplist

typedef  zskiplist{
    struct skiplistNode *header,*tail;表头节点与表尾节点
    unsigned long length;表中节点的数量
    int level;表中层数最大的节点的层数(表头不计算在内)
} zskiplist;

 

(二)整数集合

整数集合是集合键的底层实现之一,当一个集合只包含整数值元素,并且集合的元素数量不多时,Redis就会使用整数集合作为集合键的底层实现,并且保证集合中不会出现重复元素。

intset

typedef  intset{
    uint32_t encoding;编码方式
    uint32_t length;集合包含的元素数量。
    int8_t contents[];保存元素的数组 
} intset;

contents数组是这个数集合的底层实现:整数集合的每个元素都是contents数组的一个数组项,各个项的数组中按值的大小从小到大有序地排列,并且数组中不包含任何重复项。

 

升级

当我们要将一个新元素添加到整数集合里面时,并且新元素类型比整数集合现有的所有元素类型都长时,整数集合需要先进性升级,然后才能将新的元素添加到整数集合中。

1、根据新元素的类型,扩展整数集合底层数组的空间大小,并为新元素分配空间。

2、将底层数组现有的所有元素都转换为与新元素相同的类型,并将类型转换后的元素放置到正确位置上,而且在放置元素过程中,需要继续维持底层数组的有序性质不变。

3、将新元素添加到底层数组里面。

4、修改整数集合encoding属性。

因为每次向整数集合添加新元素都有可能引起升级,而每次升级都需要将底层数组中已有的所有元素进行类型转换,所以向整数集合中添加新元素的时间复杂度为O(N);

 

---- end ----

每天学一点,总会有收获。

说明:尊重作者知识产权,文中内容参考《Redis设计与实现》,仅在此做学习与大家分享。

 

 

 

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