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为什么需要 SkipList(跳表)
在普通链表中查找元素的时候,因为需要遍历查找,所以查询效率非常低,时间复杂度是O(N)。
因此我们需要跳表。跳表是在链表基础上改进过来的,实现了一种 “多层” 的 有序 链表,这样的好处是能快速定位数据。
跳表的结构设计
如下图所示,这是一个层级为3的跳表
和普通的双向链表一样,SkipList 都有一个指向上一个节点的指针,也有一个指向下一个节点的指针。
但是你会发现,在层次为 3 的跳表中,会有三级指针的存在,而且 SkipList 中元素会按照 score 值升序排序(score 值一样则按照 ele 排序)
- 一级指针普通链表一样,指向下一个节点(图中的 L0)
- 二级指针跨度为2,指向的节点与自己间隔了一个节点
- 三级指针跨度为3,指向的节点与自己间隔了两个节点
这样的设计会带来什么好处呢?
- 假设我们要在普通链表中查询值为 3 的节点,我们需要从头结点开始,向后遍历1 → 2 → 3 ,三个节点才能找到。时间复杂度为 O(n)
- 当使用了 SkipList 这个数据结构之后,我们可以直接通过三级指针(L2),直接找到这个节点(建立在元素有序的情况下,类似于二分查找一步一步缩小范围)。时间复杂度为 O(logN)
跳表的节点(zskiplistNode )
我们来看看跳表的结构体源码
typedef struct zskiplistNode { sds ele; double score; struct zskiplistNode *backward; struct zskiplistLevel { struct zskiplistNode *forward; unsigned long span; } level[]; } zskiplistNode;
其中,
- ele,用于存储该节点的元素
- score,用于存储节点的分数(节点按照 score 值排序,score 值一样则按照 ele 排序)
- *backward,指向上一个节点
而 level[] 就是实现跳表多层次指针的关键所在,level 数组中的每一个元素代表跳表的一层,比如 leve[0] 就表示第一层,leve[1] 就表示第二层。zskiplistLevel 结构体里定义了指向下一个跳表节点的指针** *forward
和用来记录两个节点之间的距离 span
,如图所示,