• 17.讲跳表:为什么Redis一定要用跳表来实现有序集合


    问题:那Redis为什么会选择用跳表来实现有序集合呢? 为什么不用红黑树呢?

    1. 如何理解“跳表”?

    对于单链表:查询某个值只能依次遍历,时间复杂度O(n).
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    如何提高查询效率? 对原始链表建立一层索引。
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    查询16:

    • 原来的,依次遍历,需要遍历10个节点
    • 改进的, 先查询索引层,发现13后面是17,下降一层,找到16,遍历7次。

    显然,减少查询次数,还可以再加索引层。
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    64个节点:
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    2. 用跳表查询到底有多快?

    每级索引依次减半,跳表中查询任意数据的时间复杂度就是O(logn)。

    3.跳表是不是很浪费内存?

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    跳表的空间复杂度是O(n)。

    4. 高效的动态插入和删除

    跳表这个动态数据结构,不仅支持查找操作,还支持动态的插入、删除操作,而且插入、删除操作的时间复杂度也是O(logn)。
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    5. 跳表索引动态更新

    插入数据,如果不更新索引,就有可能出现某2个索引结点之间数据非常多的情况。极端情况下,跳表还会退化成单链表。
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    跳表是通过随机函数来维护前面提到的“平衡性”。

    通过一个随机函数,来决定将这个结点插入到哪几级索引中,比如随机函数生成了值K,那我们就将这个结点添加到第一级到第K级这K级索引中。

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    6. 解答开篇

    Redis中的有序集合支持的核心操作主要有下面这几个:

    • 插入一个数据;
    • 删除一个数据;
    • 查找一个数据;
    • 按照区间查找数据(比如查找值在[100, 356]之间的数据);
    • 迭代输出有序序列。

    其中,插入、删除、查找以及迭代输出有序序列这几个操作,红黑树也可以完成,时间复杂度跟跳表是一样的。但是,按照区间来查找数据这个操作,红黑树的效率没有跳表高。

    对于按照区间查找数据这个操作,跳表可以做到O(logn)的时间复杂度定位区间的起点,然后在原始链表中顺序往后遍历就可以了。这样做非常高效。

    当然,Redis之所以用跳表来实现有序集合,还有其他原因,比如,跳表更容易代码实现。虽然跳表的实现也不简单,但比起红黑树来说还是好懂、好写多了,而简单就意味着可读性好,不容易出错。还有,跳表更加灵活,它可以通过改变索引构建策略,有效平衡执行效率和内存消耗。

    不过,跳表也不能完全替代红黑树。因为红黑树比跳表的出现要早一些,很多编程语言中的Map类型都是通过红黑树来实现的。我们做业务开发的时候,直接拿来用就可以了,不用费劲自己去实现一个红黑树,但是跳表并没有一个现成的实现,所以在开发中,如果你想使用跳表,必须要自己实现。

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