为什么Redis选择跳表来实现有序集合？——数据结构与算法之美

跳表是一种动态数据结构，可以支持快速的插入、删除和查找操作。它能够实现这些操作的原因是因为它建立了很多级索引，也就是我们在前面的课程中讲到的空间换时间的设计思路。跳表的实现思想是通过在原始链表的基础上添加多级索引，从而提高了查找的效率。 跳表的数据结构对于大多数人来说可能会比较陌生，因为一般的数据结构和算法书籍并没有过多介绍。但是它确实是一种性能优秀的数据结构，特别适合用于有序集合的实现。在Redis中，有序集合（Sorted Set）就是通过跳表来实现的。 为了更好地理解跳表，我们可以从单链表开始考虑。单链表是一种基本的数据结构，但是它的查找效率很低，因为每次查找都需要从头开始遍历。在实际应用中，我们往往需要支持更高效的查找操作。 如果我们能够对单链表进行一些改造，使得它支持类似"二分"的查找算法，那么就可以大大提高查找的效率。而跳表正是基于这个思想而产生的。通过在原始链表的基础上添加多级索引，跳表可以快速定位目标元素的前一个节点，从而达到快速查找的效果。 跳表的索引是从高到低的，每个索引节点只保存了相应层级的下一个节点的指针。这样，我们可以通过索引节点进行快速的二分查找，然后再跳到下一层级进行查找。这种思路可以避免二分查找算法中需要大量的数据搬移操作，从而提高了查找的效率。 当然，跳表并不是没有代价的。相对于单纯的单链表，跳表需要额外的存储空间来存储多级索引，这就带来了额外的内存开销。但是，这种空间换时间的设计思路，可以使得跳表在插入、删除和查找操作上都有较好的性能表现，对于有序集合的实现来说是非常合适的。 那么为什么Redis选择用跳表来实现有序集合，而不是使用红黑树呢？红黑树也是一种高效的有序集合实现方式，它可以在O(log n)的时间复杂度内完成插入、删除和查找操作。但是相比于红黑树，跳表的实现更加简单，代码也更容易理解和维护。 红黑树的实现相对较为复杂，需要考虑平衡性的维护。而跳表的实现思路更加直观，通过多级索引的方式来提高查找效率。当插入、删除和查找操作频繁发生时，跳表相比红黑树在性能上更有优势。 总之，跳表是一种性能优秀的动态数据结构，可以支持快速的插入、删除和查找操作。通过建立多级索引，跳表实现了空间换时间的设计思路，提高了查找的效率。Redis选择使用跳表来实现有序集合，而不是红黑树，是因为跳表的实现更加简单且性能表现良好。希望通过本节的学习，你对跳表有了更深入的理解。