面试题：Redis跳跃表中节点的结构是怎样的，在实际应用中有什么优势？

Question

请详细阐述Redis跳跃表节点的数据结构，包括其包含的主要字段。并结合实际开发场景，说明这种节点结构为Redis带来了哪些性能或功能上的优势。

Answer 1

Redis跳跃表节点的数据结构

1. 分值（score）：用于对节点进行排序，每个节点都有一个与之关联的分值。例如，在实现排行榜功能时，分值可以表示用户的分数等。
2. 成员对象（obj）：指向实际存储的数据对象。比如在实现一个简单的键值对存储中，obj 可以指向值对象。
3. 层（level）：
   • 是一个数组，数组的每个元素是一个结构体，包含两个字段：
     • 前进指针（forward）：指向同一层的下一个节点，用于快速定位下一个节点。例如，在查找某个节点时，可以通过前进指针快速跳过一些节点，提高查找效率。
     • 跨度（span）：记录从当前节点到下一个节点之间的节点数量。这个字段在计算排名等场景中很有用，比如在排行榜中计算某个用户的排名时，通过跨度可以快速得出结果。
4. 后退指针（backward）：指向当前节点的前一个节点，方便从后向前遍历跳跃表。例如，在需要反向遍历排行榜数据时就会用到。

性能或功能上的优势

1. 高效的查找性能：跳跃表通过多层结构，可以在 O(log n) 的时间复杂度内完成查找操作。例如在一个包含大量用户分数的排行榜中，要查找某个分数对应的用户，跳跃表能快速定位到目标节点，相比链表的 O(n) 查找效率大大提高。
2. 范围查询优势：由于节点按分值有序排列，且有多层快速定位结构，对于范围查询（如查询分数在某个区间内的用户）非常高效。可以通过跳跃表的结构快速定位到范围的起始节点，然后按顺序遍历获取范围内的所有节点。
3. 插入和删除操作高效：插入和删除操作也能在 O(log n) 的时间复杂度内完成。在实际开发中，如实时更新排行榜数据时，新用户加入或已有用户分数变化，跳跃表能快速调整结构，保证数据的有序性和高效访问。
4. 内存利用灵活：跳跃表的节点结构中，层的数量是随机生成的，这使得它在内存使用上比较灵活。对于数据量较小的场景，不会浪费过多内存，而在数据量较大时，又能通过多层结构保证高效性能。