面试题：在高并发场景下，Redis跳跃表的实现面临哪些挑战及如何应对

Question

在高并发读写操作的情况下，Redis跳跃表可能会遇到诸如数据一致性、竞争条件等问题。请分析这些潜在问题产生的原因，并说明Redis在实现跳跃表时采用了哪些机制来应对这些挑战，如锁机制、无锁数据结构或其他优化策略。

Answer 1

潜在问题产生原因

1. 数据一致性问题
   • 读写并发：在高并发场景下，多个写操作可能同时修改跳跃表结构，而读操作可能在写操作未完全完成时进行读取，导致读到不一致的数据。例如，在插入一个新节点时，新节点的多层指针可能还未完全设置好，读操作就获取到了这个部分修改的跳跃表结构。
   • 节点删除：删除节点时，如果在更新节点指针的过程中被打断，其他操作可能会访问到已标记删除但尚未完全移除的节点，从而破坏数据一致性。
2. 竞争条件问题
   • 资源共享：跳跃表作为共享数据结构，多个并发线程或进程可能同时尝试对其进行操作，如插入、删除或查找。例如，两个线程同时尝试插入新节点，可能导致跳跃表结构的混乱，因为它们都在同时修改节点指针。

Redis应对机制

1. 锁机制
   • 单线程模型：Redis采用单线程模型处理命令，这本质上是一种隐式的锁机制。所有对Redis数据结构（包括跳跃表）的操作都在一个线程中顺序执行，避免了多线程并发访问带来的数据一致性和竞争条件问题。因为同一时间只有一个操作能对跳跃表进行修改，不存在多个并发写操作冲突的情况，读操作也能保证看到完整一致的数据。
2. 无锁数据结构及优化策略
   • 跳跃表节点设计：Redis的跳跃表节点在设计上相对简单且紧凑，减少了复杂操作带来的潜在问题。每个节点的多层指针设计使得插入和删除操作相对高效，并且在单线程执行的情况下，操作逻辑较为清晰，不容易产生数据结构损坏等问题。
   • 渐进式rehash：虽然跳跃表本身没有直接涉及rehash，但Redis在处理哈希表等数据结构时采用渐进式rehash策略。这种思想在一定程度上反映了Redis对数据结构动态调整的优化方式，尽量减少对正常读写操作的影响，类似地，在跳跃表进行节点数量变化等操作时，也是以一种有序的、对整体性能影响较小的方式进行，从而保障高并发读写操作下的稳定性。