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news 2025/11/6 10:16:07

做的网站打开慢,优客逸家网站源码,百度导航和百度地图,深圳做网站龙华信科Redis 跳跃列表#xff08;Skip List#xff09; 跳跃列表是一种高效的数据结构#xff0c;它结合了有序数组和链表的优点#xff0c;能够在 O(log n) 时间内进行插入、删除和查找操作。Redis 使用跳跃列表来实现有序集合#xff08;sorted set#xff09;的底层数据结构…Redis 跳跃列表Skip List 跳跃列表是一种高效的数据结构它结合了有序数组和链表的优点能够在 O(log n) 时间内进行插入、删除和查找操作。Redis 使用跳跃列表来实现有序集合sorted set的底层数据结构之一。 1. 跳跃列表的结构跳跃列表由多个层级的链表组成每一层都是一个有序链表。最低层包含所有元素每一层都按一定概率跳过一些元素从而减少查询路径的长度。节点结构每个节点包含以下几个部分值节点存储的实际数据。分数用于排序的关键值。前向指针数组指向不同层级的下一个节点。示意图 Level 3: 1 ------ 6 Level 2: 1 -- 3 ------ 6 -- 9 Level 1: 1 -- 2 -- 3 -- 4 -- 5 -- 6 -- 7 -- 8 -- 92. 跳跃列表的操作插入操作插入一个新元素时首先需要找到插入位置。查找路径通过各层链表找到最接近的节点然后插入新节点并更新前向指针数组。示意图原始列表 Level 3: 1 ------ 6 Level 2: 1 -- 3 ------ 6 -- 9 Level 1: 1 -- 2 -- 3 -- 4 -- 5 -- 6 -- 7 -- 8 -- 9插入 4.5 Level 3: 1 ------ 6 Level 2: 1 -- 3 ------ 6 -- 9 Level 1: 1 -- 2 -- 3 -- 4 -- 4.5 -- 5 -- 6 -- 7 -- 8 -- 9删除操作删除元素时类似于插入操作先找到要删除的节点然后调整前向指针数组移除该节点。查找操作查找操作利用各层链表加速定位目标元素通过前向指针数组快速跳过无关节点找到目标节点。 3. 跳跃列表的实现 Redis 中跳跃列表的实现主要包括以下几个结构体 zskiplistNode跳跃列表节点结构包含值、分数、前向指针数组等。zskiplist跳跃列表结构包含头节点、尾节点、节点数、最大层级等。 zskiplistNode 结构 typedef struct zskiplistNode {double score;robj *obj;struct zskiplistLevel {struct zskiplistNode *forward;unsigned long span;} level[];struct zskiplistNode *backward; } zskiplistNode;zskiplist 结构 typedef struct zskiplist {struct zskiplistNode *header, *tail;unsigned long length;int level; } zskiplist;4. Redis 中跳跃列表的应用 Redis 使用跳跃列表作为有序集合sorted set的一种实现方式另一种实现是压缩列表用于存储小数据量的有序集合。跳跃列表提供了高效的插入、删除、查找和范围查询等操作非常适合需要频繁更新和查询的有序集合。 5. 优点与缺点优点高效性跳跃列表在插入、删除、查找等操作上都有 O(log n) 的时间复杂度性能优越。简单性相比平衡树等复杂数据结构跳跃列表实现相对简单易于理解和维护。缺点空间消耗由于需要维护多个层级的前向指针数组跳跃列表的空间消耗相对较高。概率性跳跃列表的层级高度由随机算法决定虽然平均性能优越但在极端情况下可能出现性能不稳定的问题。总结跳跃列表是 Redis 中实现有序集合的一种高效数据结构。通过多层链表的设计跳跃列表能够在保证高效查询的同时提供较高的插入和删除性能。Redis 的跳跃列表实现结合了简单性和高效性适用于各种需要有序存储和快速访问的数据场景。 Redis 紧凑列表Ziplist Redis 5.0 又引入了一个新的数据结构 listpack它是对 ziplist 结构的改进在存储空间上会更加节省而且结构上也比 ziplist 要精简。主要用于存储小规模的列表list和哈希表hash。紧凑列表通过一段连续的内存区域来存储多个元素每个元素包含其值及其前一个元素的长度信息。 1. 紧凑列表的结构紧凑列表由以下几个部分组成 zlbytes紧凑列表所占用的总字节数。zltail到最后一个元素的偏移量。zllen紧凑列表包含的元素数量。entryX列表中的元素entry每个元素包含其前一个元素的长度信息及其值。zlend紧凑列表的结尾标记固定为 0xFF。示意图 -------------------------------------------------------- | zlbytes| zltail | zllen | entry1 | entry2 | ... | zlend | --------------------------------------------------------2. 紧凑列表的元素结构每个元素entry包含以下部分 prevlen前一个元素的长度。encoding当前元素的编码方式决定了元素值的存储形式。value当前元素的实际值根据编码方式的不同可以是整数或字符串。元素示意图 ------------------------ | prevlen| encoding| value | ------------------------3. 紧凑列表的操作插入操作插入一个新元素时需要找到合适的位置然后调整相应位置的偏移量和长度信息将新元素插入到列表中。示意图原始列表 ---------------------------------------- | zlbytes| zltail | zllen | entry1 | zlend | ----------------------------------------插入 entry2 后 ------------------------------------------------ | zlbytes| zltail | zllen | entry1 | entry2 | zlend | ------------------------------------------------删除操作删除一个元素时需要找到该元素的位置然后调整其前后元素的偏移量和长度信息移除该元素。示意图原始列表 ------------------------------------------------ | zlbytes| zltail | zllen | entry1 | entry2 | zlend | ------------------------------------------------删除 entry2 后 ---------------------------------------- | zlbytes| zltail | zllen | entry1 | zlend | ----------------------------------------查找操作查找元素时需要遍历紧凑列表依次比较每个元素的值找到匹配的元素。 4. Redis 中紧凑列表的应用紧凑列表在 Redis 中主要用于以下两种数据类型的底层实现列表list当列表元素数量较少或每个元素的长度较短时Redis 使用紧凑列表来实现。哈希表hash当哈希表中的键值对数量较少或每个键值对的长度较短时Redis 使用紧凑列表来实现。 5. 优点与缺点优点节省内存紧凑列表通过紧密排列的内存结构显著减少了内存消耗。较高的缓存命中率由于紧凑列表在内存中是连续存储的可以更好地利用 CPU 缓存提高访问速度。缺点操作复杂由于每次插入、删除操作需要调整多个元素的偏移量和长度信息操作复杂度较高。性能下降当元素数量较多或元素长度较长时紧凑列表的操作性能会显著下降。总结紧凑列表是一种高效的内存优化数据结构适用于存储小规模列表和哈希表。通过紧密排列的内存结构紧凑列表能够显著减少内存消耗并提高缓存命中率。然而由于操作复杂度较高当数据规模增大时紧凑列表的性能会受到一定影响。因此在 Redis 中紧凑列表主要用于存储小规模的数据当数据规模增大时Redis 会自动切换到其他更适合的数据结构如双向链表或哈希表。
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