redis源码阅读之zskiplist

作为zset的底层实现之一（另一个是dict），今天来扯扯zskiplist（跳跃表）这个东西，至于zset是怎么利用这两个东西的，咱们之后再表，这次只是说说跳跃表的实现。
跳跃表是一种有序的数据结构，它通过在每个节点中存放多个指向其他节点的指针（正向的指针>=1个，反向的指针就一个）来达到快速访问节点的目的。在redis当中，其代码定义如下：

typedef struct zskiplistNode {
    sds ele;
    double score;
    struct zskiplistNode *backward;
    struct zskiplistLevel {
        struct zskiplistNode *forward;
        unsigned int span;
    } level[];
} zskiplistNode;

typedef struct zskiplist {
    struct zskiplistNode *header, *tail;
    unsigned long length;
    int level;
} zskiplist;
#define ZSKIPLIST_MAXLEVEL 32 /* Should be enough for 2^32 elements */
#define ZSKIPLIST_P 0.25      /* Skiplist P = 1/4 */

先来说说zskiplistNode结构：

字段名称	含义
ele	当前节点存储的元素
score	当前节点存储的元素的得分
level[]	当前节点向前遍历时的指针数组，数组中的每个元素包含两个属性：1). 可以到达的节点指针forward；2). 该节点与当前节点的距离span，span用于计算forward节点在当前zskiplist当中的排名，而非用于遍历。
backward	当前节点向后遍历时的指针。注意这里不是数组，也就是说反向遍历只能从后往前一个一个来~~~

之后是zskiplist结构

字段名称	含义
header	指向跳跃表的头结点的指针
tail	指向跳跃表的尾节点的指针
length	跳跃表的长度，即当前跳跃表包含的节点数目（头结点不包含在内）
level	跳跃表中，level数组中元素最多的那个节点的level数组的元素个数（头结点不包含在内）

zskiplist结构当中需要多说一下的就是为什么length和level字段没有包括头结点？原因在于当创建一个zskiplist的时候，会直接把头结点设置成最大level，以便后续操作，其创建代码如下所示：

/* 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);
    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;
}

至于对zskiplist的操作方面，个人觉得还是得推插入和删除了
由于zskiplist当中不允许存在相同的sds，这一保障性工作交由调用插入操作的调用者来保证~
插入的时候需要注意的就是它是以level从大到小的顺序来遍历并更新各个指针的，详情见代码：

/* Insert a new node in the skiplist. Assumes the element does not already
 * exist (up to the caller to enforce that). The skiplist takes ownership
 * of the passed SDS string 'ele'. */
zskiplistNode *zslInsert(zskiplist *zsl, double score, sds ele) {
    zskiplistNode *update[ZSKIPLIST_MAXLEVEL], *x;
    unsigned int rank[ZSKIPLIST_MAXLEVEL];
    int i, level;

    serverAssert(!isnan(score));
    x = zsl->header;
    // 确定每一个level当中由那一个节点来指向新插入的节点，并记录span
    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];
        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)))
        {
            rank[i] += x->level[i].span;
            x = x->level[i].forward;
        }
        update[i] = x;
    }
    /* we assume the element is not already inside, since we allow duplicated
     * scores, reinserting the same element should never happen since the
     * caller of zslInsert() should test in the hash table if the element is
     * already inside or not. */
    level = zslRandomLevel();
    // 如果超出level，则更新span
    if (level > zsl->level) {
        for (i = zsl->level; i < level; i++) {
            rank[i] = 0;
            update[i] = zsl->header;
            update[i]->level[i].span = zsl->length;
        }
        zsl->level = level;
    }
    // 创建并插入节点
    x = zslCreateNode(level,score,ele);
    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 */
        x->level[i].span = update[i]->level[i].span - (rank[0] - rank[i]);
        update[i]->level[i].span = (rank[0] - rank[i]) + 1;
    }

    /* increment span for untouched levels */
    for (i = level; i < zsl->level; i++) {
        update[i]->level[i].span++;
    }

    x->backward = (update[0] == zsl->header) ? NULL : update[0];
    if (x->level[0].forward)
        x->level[0].forward->backward = x;
    else
        zsl->tail = x;
    zsl->length++;
    return x;
}

zskiplistNode创建的时候会随机生成一个介于1和32之间的数来决定level数组的大小，这个数的生成遵循“越大的数出现的概率越小”这一原则，代码如下：

int zslRandomLevel(void) {
    int level = 1;
    while ((random()&0xFFFF) < (ZSKIPLIST_P * 0xFFFF))
        level += 1;
    return (level<ZSKIPLIST_MAXLEVEL) ? level : ZSKIPLIST_MAXLEVEL;
}

节点的删除工作就比较的中规中矩了

/* Internal function used by zslDelete, zslDeleteByScore and zslDeleteByRank */
void zslDeleteNode(zskiplist *zsl, zskiplistNode *x, zskiplistNode **update) {
    int i;
    for (i = 0; i < zsl->level; i++) {
        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;
        } else {
            update[i]->level[i].span -= 1;
        }
    }
    if (x->level[0].forward) {
        x->level[0].forward->backward = x->backward;
    } else {
        zsl->tail = x->backward;
    }
    while(zsl->level > 1 && zsl->header->level[zsl->level-1].forward == NULL)
        zsl->level--;
    zsl->length--;
}

还望大家多提宝贵意见~~~