面试题：HBase中跳跃表的基本原理是什么

Question

请详细阐述HBase中跳跃表的数据结构和工作原理，包括节点的组织方式、插入和查找操作的具体流程。

Answer 1

跳跃表的数据结构

1. 节点结构：
   • 跳跃表的节点包含多层指针，每层指针指向后续节点。以一个简单的整数键值对的跳跃表节点为例，节点除了存储键值对数据（如 key 和 value）外，还会有多个指针域 forward[i]（i 表示层数）。
   • 比如在HBase中，如果是存储行键等数据，节点就会包含行键信息以及相应的值信息，同时具有多层指针。
2. 层结构：
   • 跳跃表有一个头节点，头节点的每层指针指向跳跃表中的其他节点。跳跃表的层数是动态变化的，不同节点的层数可能不同。
   • 整个跳跃表可以看作是由多层链表叠加而成，高层链表中的节点是底层链表节点的子集，高层链表中的节点稀疏分布，通过指针快速跳过底层链表中的部分节点，从而加快查找速度。

节点的组织方式

1. 水平方向：
   • 在同一层中，节点按照键值的顺序依次排列，每个节点的指针指向下一个键值更大的节点，最后一个节点的指针为 null。例如在HBase中存储行键，行键按字典序在每层链表中排列。
2. 垂直方向：
   • 每个节点的多层指针形成垂直方向的关联。较高层指针指向的节点与较低层指针指向的节点是同一个实际存储数据的节点，只是通过高层指针可以更快地跨越多个底层节点。

插入操作具体流程

1. 确定插入位置：
   • 从跳跃表头节点的最高层开始查找。对于每一层，比较当前节点的下一个节点的键值与要插入的键值。如果下一个节点的键值大于要插入的键值，或者下一个节点为 null，则确定在当前层应该插入到当前节点之后。
   • 然后下降到下一层，重复上述过程，直到最底层。这样就确定了要插入节点在每一层的插入位置。
2. 生成新节点的层数：
   • 通常通过随机数生成一个层数。比如以一定概率（如50%）决定是否增加新节点的层数，使得新节点有不同概率具有不同层数，以维持跳跃表结构的合理性。
3. 插入节点：
   • 创建新节点，设置键值对数据。然后根据之前确定的每一层的插入位置，将新节点插入到每一层的链表中。即修改插入位置前后节点的指针，使其指向新节点。

查找操作具体流程

1. 从高层开始查找：
   • 从跳跃表头节点的最高层开始，比较当前节点的下一个节点的键值与要查找的键值。
   • 如果下一个节点的键值小于要查找的键值，则移动到下一个节点继续比较；如果下一个节点的键值大于要查找的键值，则下降到下一层继续查找。
2. 持续查找直到底层：
   • 重复上述过程，在各层之间跳跃查找，直到到达最底层。
3. 判断是否找到：
   • 在最底层，如果找到键值相等的节点，则查找成功，返回该节点；如果遍历完最底层链表仍未找到键值相等的节点，则查找失败。