Redis跳表数据添加新Key的实现算法
Redis是一款开源的高性能Key-Value存储系统，被广泛用于缓存、消息队列、实时推荐等场景。其内部实现了跳表这种数据结构，用于快速地查找和访问数据。在Redis中，当需要插入新的Key-Value键值对时，跳表是如何实现这个过程的呢？本文将介绍Redis跳表数据添加新Key的具体实现算法和代码。
跳表简介
跳表是一种元素有序的数据结构，其实现基于链表。它通过升维的方式，把一维的链表变成了多维的结构，从而实现快速地查找和访问数据。跳表最开始是在1990年由William Pugh发明，因其在维护链式结构中，较长的链表往往访问次数较多，时间复杂度较高的问题上，提供了一种很好的解决方案。
Redis跳表的实现算法
当向Redis跳表中添加新的Key-Value键值对时，跳表的实现算法可以分为以下几个步骤：
1. 需要生成一个包含随机层数的新节点，这个层数决定了元素的搜索速度和性能。在Redis的跳表中，层数是根据以下方式生成的：
“`
int getRandomLevel(void) {
int level = 1;
while ((rand() & 0xFFFF)
level += 1;
return (level
}
RANDOM SKIPLIST P在Redis中定义为0.25，REDIS_SKIPLIST_MAXLEVEL定义为32，因此如果随机数小于0.25，将继续生成更高一级的节点，直到达到随机生成的层数或者达到32层为止。
2. 然后，将新节点插入到跳表中。为了保证跳表的有序性，需要找到大于等于新节点的前一个节点，通常使用“前进”指针，在多维结构中快速定位并移动查找位置。跳表中的每个节点都包含多个层级，每个层级包含一个指向下一个节点的指针，用来定位下一个节点。假设要插入的新节点的键值对为(key, value)，代码实现如下：
dictEntry *skiplistInsert(dict *dict, void *key, void *val) {
dictEntry *update[REDIS_SKIPLIST_MAXLEVEL], *x;
unsigned int rank[REDIS_SKIPLIST_MAXLEVEL];
int i, level;
assert(!dictFind(dict,key));
/* 首先找到新节点插入的位置 */
x = dict->header;
for (i = dict->level-1; i >= 0; i–) {
while (x->level[i].forward &&
dict->compare(x->level[i].forward->key,key)
x = x->level[i].forward;
update[i] = x;
}
level = getRandomLevel();
if (level > dict->level) {
for (i = dict->level; i
rank[i] = 0;
update[i] = dict->header;
update[i]->level[i].span = dict->size;
}
dict->level = level;
}
/* 插入新节点 */
x = dictCreateNode(dict,key);
for (i = 0; i
x->level[i].forward = update[i]->level[i].forward;
update[i]->level[i].forward = x;
/* 计算新节点的跨度，用于快速定位插入位置 */
x->level[i].span = update[i]->level[i].span-(rank[0]-rank[i]);
update[i]->level[i].span = (rank[0]-rank[i])+1;
}
for (i = level; i level; i++) {
update[i]->level[i].span++;
}
x->backward = (update[0] == dict->header) ? NULL : update[0];
if (x->level[0].forward)
x->level[0].forward->backward = x;
else
dict->tl = x;
dict->size++;
return x;
}
在插入新节点时，也需要重新计算每个节点的span属性，它表示某个节点和后面的第一个节点之间的距离。当有新的节点插入时，它的span属性会影响和它相邻的节点的span属性。
3. 需要对新键值对的值进行更新。如果对应Key在Redis中已经存在，则需要更新对应的Value值；否则，需要新建一个字典节点，并且将新节点的指针保存到字典中，以供之后的查询。
代码实现
Redis跳表的实现代码可以在Redis官方源码中找到，路径为src/dict.h和src/dict.c。以下是一个简单的示例用法：
#include
#include “dict.h”
void mn() {
dict *mydict;
dictEntry *entry;
mydict = dictCreate(&mydictDictType,NULL);
// add a new key-value to the dict
dictAdd(mydict,”hello”,”world”);
// find the value of the key
entry = dictFind(mydict,”hello”);
if (entry) {
printf(“found: %s\n”,(char*)entry->val);
} else {
printf(“not found\n”);
}
}
在这个示例中，我们创建了一个新的dict对象，并将键"hello"与值"world"添加到这个dict对象中，然后通过调用dictFind方法可以查找键值对。这个方法将返回一个dictEntry结构体指针。
总结
Redis跳表是一种高效的数据结构，可以应用在很多场景。在Redis中，它被广泛地应用在快速定位和访问数据的场景中，例如缓存、搜索引擎、消息队列等。通过本文的介绍，我们了解了Redis跳表在添加新Key时的实现算法和代码，希望对大家学习Redis和跳表数据结构有所帮助。
香港服务器首选港服(Server.HK)，2H2G首月10元开通。
港服(Server.HK)（www.IDC.Net）提供简单好用，价格厚道的香港/美国云服务器和独立服务器。IDC+ISP+ICP资质。ARIN和APNIC会员。成熟技术团队15年行业经验。