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前面講到了在 table 中插入數據，然後將數據持久化到磁盤中，這些都是一下底層的操作，用戶真正寫數據是放到內存中。本章就來介紹 key-value 在內存的操作
skiplist
key-value 存放在在內存中採用的結構是 skiplist，結構如下所示
head_------>7------------------------------------------>31
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head_------>7------------------------------------------>31--------------------------------->78
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head_------>7--------------->15------------------------>31--------------->45--------------->78
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head_------>7------>10------>15------>24------>29------>31------>34------>45------>56------>78------>100
如上結構，分爲 4 層，每一層都是一個有序單向鏈表。這樣一個結構該怎麼操作呢，接下來用查詢和添加數據來操作 skiplist
1. 首先是查詢，如果我們要找到內容爲 29 的 key
- 首先 skiplist 有一個變量 head_ 始終指向第一個節點的最上層，也就是圖中最上層的 head_
- 29 和第 4 層 head_ 的 next 節點 7 比較，大於 7，此時頭節點指向第 4 層的 7
- 29 和第 4 層 7 的 next 節點 31 比較，小於 31，降一層
- 29 和第 3 層 7 的 next 節點 31 比較，小於 31，降一層
- 29 和第 2 層 7 的 next 節點 15 比較，大於 15，此時頭節點指向第 2 層的 15
- 29 和第 2 層 15 的 next 節點 31 比較，小於 31，降一層
- 29 和第 1 層 15 的 next 節點 24 比較，大於 24，此時頭節點指向第 1 層的 24
- 29 和第 1 層 24 的 next 節點 29 比較，等於 29，且是第一層，沒錯就是你了
在上圖中插入
30- 首先得到一個隨機值（
1到kMaxHeight之間）來設置30這個節點的層數，假設得到的是5，定義一個prev[5]，用來存放30的前一個節點 - 上圖中也就
4層，咋整？（skiplist有兩個關於層數的變量，第一個是kMaxHeight，表示允許的最大層；第二個是max_height_，表示skiplist當前最大層，head_節點在初始話的時候和其他節點不一樣，層數不是隨機得到的，而是直接指定的kMaxHeight） - 沒事，將大於
4的層以上的節點的prev全部指向head_，也就是將prev[4] = head_(第5層), 並將當前最大層數max_height_設置爲5 - 還是按照上面查詢的步驟，只不過把每次降一層時的節點放在
prev中，那麼
prev[4] = head_(第5層);
prev[3] = 7(第4層);
prev[2] = 7(第3層);
prev[1] = 15(第2層);
prev[0] = 29(第1層);
- 得到
prev後，初始化一個高度爲5值爲30的節點x
for i in 0..4:
x[i]->next = prev[i]->next;
prev[i]->next = x[i];
- 得到的結果就是
head_-------------------------------------------------->30 | head_------>7------------------------------------------>30------>31 | | | head_------>7------------------------------------------>30------>31--------------------------------->78 | | | | head_------>7--------------->15------------------------>30------>31--------------->45--------------->78 | | | | | | head_------>7------>10------>15------>24------>29------>30------>31------>34------>45------>56------>78------>100- 首先得到一個隨機值（
Node
skiplist 應該解釋的差不多了，接下來介紹一下 skiplist 的節點 struct Node
// 模板方法，其實很好理解，相當於佔位，Key和Comparator可以替換成任何類型
template<typename Key, class Comparator>
struct SkipList<Key,Comparator>::Node {
// 不允許隱式構造
explicit Node(const Key& k) : key(k) { }
// 結構體中有個Key類型的key
Key const key;
// 返回next_[n]，也就是當前節點第n層的next節點，不要被return的那一長串嚇到，後面會介紹到
Node* Next(int n) {
assert(n >= 0);
return reinterpret_cast<Node*>(next_[n].Acquire_Load());
}
// 設置當前節點第n層的next節點爲x，不要被return的那一長串嚇到，後面會介紹到
void SetNext(int n, Node* x) {
assert(n >= 0);
next_[n].Release_Store(x);
}
// 和上面差不多，區別是沒有進行內存隔離，後面會介紹到
Node* NoBarrier_Next(int n) {
assert(n >= 0);
return reinterpret_cast<Node*>(next_[n].NoBarrier_Load());
}
// 和上面差不多，區別是沒有進行內存隔離，後面會介紹到
void NoBarrier_SetNext(int n, Node* x) {
assert(n >= 0);
next_[n].NoBarrier_Store(x);
}
private:
// 這裏定義長度爲1的port::AtomicPointer對象，其實是一個變長結構體，next_指向的是第一個
port::AtomicPointer next_[1];
};
Node 中有兩個變量，key 和 next_ 數組，key 是用來存放值的，next_ 是用來下一個節點指向的
AtomicPointer
關於內存隔離請看 leveldb-AtomicPointer
skipList 函數實現
void Insert(const Key& key);
bool Contains(const Key& key) const;
Node* FindGreaterOrEqual(const Key& key, Node** prev) const;
skipList 主要包含這兩個函數
// 得到一個隨機的高度
template<typename Key, class Comparator>
int SkipList<Key,Comparator>::RandomHeight() {
static const unsigned int kBranching = 4;
// 初始爲 1
int height = 1;
// 得到一個隨機值，如果隨機值是 4 的倍數就返回 height，否則 keight 就加 1，爲什麼要這麼做？
// 如果我們得到一個隨機值，直接對 kMaxHeight 取模加 1，然後賦值給 height，那麼 height 在 [1~12] 之前出現的概率一樣的
// 如果節點個數爲 n，那麼有 12 層的節點有 n/12 個，11 層的有 n/12+n/12(需要把12層的也加上)，節點太多，最上層平均前進一次才右移 12 個節點，下面層就更不用說了，效率低；
// 作者的方法是每一層會按照4的倍數減少，出現4層的概率只有出現3層概率的1/4，這樣查詢起來效率是不是大大提升了呢
while (height < kMaxHeight && ((rnd_.Next() % kBranching) == 0)) {
height++;
}
assert(height > 0);
assert(height <= kMaxHeight);
return height;
}
// 很簡單，就是比較key和n的大小
template<typename Key, class Comparator>
bool SkipList<Key,Comparator>::KeyIsAfterNode(const Key& key, Node* n) const {
// NULL n is considered infinite
return (n != NULL) && (compare_(n->key, key) < 0);
}
template<typename Key, class Comparator>
typename SkipList<Key,Comparator>::Node* SkipList<Key,Comparator>::FindGreaterOrEqual(const Key& key, Node** prev)
const {
// x指向最上層頭指針
Node* x = head_;
// 得到當前最高層
int level = GetMaxHeight() - 1;
while (true) {
// next指向的是x同層的下一個節點，可能爲空
Node* next = x->Next(level);
// 如果key在next的後面，x指針指向next
if (KeyIsAfterNode(key, next)) {
// Keep searching in this list
x = next;
} else {
// 如果next爲空或key在next的前面
if (prev != NULL) prev[level] = x;
if (level == 0) {
// 層數爲0的話，說明兩個節點之間沒有挑過其他節點，而此時next是大於或等於key的，key肯定是大於next的前一個節點的（不大於的話走不到next節點）
// 返回的next節點只能大於或等於key節點
return next;
} else {
// 如果不是最底層的話就降一層
level--;
}
}
}
}
template<typename Key, class Comparator>
bool SkipList<Key,Comparator>::Contains(const Key& key) const {
// 找到大於或等於key的節點，如果相等就返回true
Node* x = FindGreaterOrEqual(key, NULL);
if (x != NULL && Equal(key, x->key)) {
return true;
} else {
return false;
}
}skipList 內部類 Iterator
// Iterator方法實現比較簡單，這裏就詳細介紹了
class Iterator {
public:
explicit Iterator(const SkipList* list);
// 判斷當前節點是否有效
bool Valid() const;
// 返回當前節點的key
const Key& key() const;
// 返回第0層的下一個節點，需要判斷是否有效
void Next();
// 返回第0層的上一個節點，需要判斷是否有效
void Prev();
// 找到第0層第一個大於或等於target的節點
void Seek(const Key& target);
// 返回第0層的第一個節點
void SeekToFirst();
// 返回第0層最後一個節點
void SeekToLast();
private:
const SkipList* list_;
Node* node_; // 當前節點
};總結
學習skiplist主要了解三個地方，第一個是Node的定義（內存隔離）；第二個是skiplist類本身的幾個方法；第三個就是skiplist的內部類了，用來遍歷鏈表
【作者：antonyxu https://antonyxux.github.io/ 】