Redis必知必会之zset底层—Skip List跳跃列表（面试加分项）

跳表(skiplist)是一种可以替代平衡树的数据结构，它允许快速的插入、删除、查找，且可以确保操作在对数平均时间复杂度内完成。

Redis的zset实现就是使用了跳表来实现的，它的优点是可以有效地维护顺序，并且在插入和删除操作上比平衡树有更好的性能。

在Redis中，zset的每个元素都是一个double类型的分数(score)和一个字符串类型的成员(member)组成的。zset的成员不能重复，但分数可以。成员是按照分数从小到大排序的。

下面是一个简单的示例，展示了如何使用C语言模拟实现一个基本的跳表结构：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
#define SKIPLIST_MAXLEVEL 32
 
typedef struct skiplistNode {
    int key;
    struct skiplistNode *forward[];
} skiplistNode;
 
typedef struct skiplist {
    skiplistNode *header;
    int level;
} skiplist;
 
void skiplistInit(skiplist *zsl) {
    int i;
    zsl->level = 1;
    zsl->header = malloc(sizeof(skiplistNode));
    zsl->header->key = -1;
    for (i = 0; i < SKIPLIST_MAXLEVEL; i++) {
        zsl->header->forward[i] = NULL;
    }
}
 
skiplistNode *skiplistFind(skiplist *zsl, int key) {
    skiplistNode *x = zsl->header;
    while(x) {
        if (key < x->key) {
            x = x->forward[0];
        } else if (key > x->key) {
            int i = zsl->level - 1;
            while (i >= 0 && x->forward[i] && x->forward[i]->key <= key) {
                x = x->forward[i];
                i--;
            }
        } else {
            return x;
        }
    }
    return NULL;
}
 
int skiplistInsert(skiplist *zsl, int key) {
    skiplistNode *update[SKIPLIST_MAXLEVEL], *x;
    int i;
    // 初始化更新列表
    for (i = 0; i < SKIPLIST_MAXLEVEL; i++) {
        update[i] = zsl->header;
    }
    x = zsl->header;
    // 查找插入位置
    for (i = zsl->level; i >= 0; i--) {
        while (x->forward[i] && x->forward[i]->key < key) {
            x = x->forward[i];
        }
        update[i] = x; // 更新更新列表
    }
    // 如果已存在相同的key，则不进行插入
    if (x->forward[0] && x->forward[0]->key == key) {
        return 0;
    }
    // 随机生成一个新的层数
    int level = rand() % SKIPLIST_MAXLEVEL;
    if (level > zsl->level) {
        for (i = zsl->level + 1; i <= level; i++) {
            update[i] = zsl->header;
        }
        zsl->level = level;
    }
    // 创建新节点
    x = malloc(sizeof(skiplistNode));
    x->key = key;
    x->forward = malloc(sizeof(skiplistNode*) * (level + 1));
    for (i = 0; i <= level; i++) {
        x->forward[i] = update[i]->forward[i];
        update[i]->forward[i] = x;
    }