面试题：Redis跳跃表如何实现快速查找

Question

在Redis跳跃表的实现中，描述一下它是怎样利用多层索引结构来实现快速查找的，与普通链表查找相比优势在哪里？

Answer 1

1. Redis跳跃表利用多层索引结构实现快速查找的原理

• 分层结构：Redis跳跃表由多层链表组成，最底层是包含所有元素的链表，越往上链表中的元素越少。每一层链表都是下一层链表的一个“稀疏版本”。
• 随机化分层：在插入新元素时，通过抛硬币等随机化方法决定该元素在跳跃表中所处的层数。例如，抛硬币正面向上则该元素多提升一层，这种随机化方式使得跳跃表结构近似于平衡状态。
• 查找过程：查找元素时，从最高层链表开始，沿着链表节点的指针进行比较。如果当前节点的元素值小于目标值，则继续沿着当前层的指针前进；如果当前节点的元素值大于目标值，则下降到下一层继续查找。重复此过程，直到找到目标元素或者确定目标元素不存在。例如，要查找值为x的元素，从最高层开始，若当前节点值y < x，就右移；若y > x，就下移一层，如此反复，直到找到或确定不存在。

2. 与普通链表查找相比的优势

• 时间复杂度：
  • 普通链表：查找元素的时间复杂度为 O(n)，因为在最坏情况下需要遍历链表的所有节点。
  • 跳跃表：平均情况下时间复杂度为 O(log n)，这是由于多层索引结构使得查找过程可以跳过大量不必要的节点，快速定位到目标元素所在区域。
• 灵活性：
  • 普通链表：结构简单，但是对于插入和删除操作可能需要移动大量节点，在频繁插入删除的场景下效率较低。
  • 跳跃表：插入和删除操作相对高效，且通过随机化层数的方式能够自适应数据的动态变化，不需要像平衡树那样进行复杂的调整操作来维持结构平衡。