Redis的zset底层为什么用跳表而非B+树?

Redis 的 zset(有序集合)底层使用跳表(skip list)而非 B+ 树,主要基于以下几个方面的考量:

1. 实现复杂度

  • 跳表的实现相对简单,代码量少,易于维护和调试。
  • B+ 树结构复杂,需要处理节点分裂、合并、重新平衡等操作,实现难度较大。

2. 内存性能表现

  • Redis 是内存数据库,数据完全存储在内存中。跳表作为纯内存数据结构,其操作(插入、删除、查找)的时间复杂度平均为 O(log n),与 B+ 树相当,但常数因子更小,实际性能更优。
  • B+ 树的设计初衷是优化磁盘 I/O,通过减少磁盘访问次数来提升性能。但在内存场景下,这一优势不再突出,反而因其复杂结构带来额外开销。

3. 范围查询支持

  • 跳表基于有序链表,支持高效的范围查询(如 ZRANGE),只需定位到起点后顺序遍历即可。
  • B+ 树同样支持高效范围查询,但跳表的实现更简单,且在实际应用中足以满足需求。

4. 动态更新效率

  • 跳表的插入和删除只需调整相邻节点的指针,无需复杂的重新平衡操作。
  • B+ 树在插入和删除时可能引发节点分裂或合并,需要更多计算和内存操作。

5. 内存占用

  • 跳表每个节点平均包含 1/(1-p) 个指针(通常 p=0.5,平均 2 个指针),内存开销可控。
  • B+ 树节点通常存储多个键和指针,内部节点也存在一定开销。两者内存占用相差不大,但跳表的结构更灵活,可通过调整概率因子 p 平衡性能与空间。

6. 并发友好性

  • 跳表易于实现无锁并发版本(虽然 Redis 单线程模型不需要),为后续扩展留下可能。
  • B+ 树的并发控制(如锁机制)实现难度较高。

7. 设计哲学与历史原因

  • Redis 作者 Salvatore Sanfilippo 强调简单性,跳表在保证性能的同时更符合 Redis 的代码美学。
  • 实践中跳表表现稳定,足以满足有序集合的所有操作需求。

补充:zset 的实际实现

  • Redis 的 zset 同时使用跳表和哈希表:
    • 跳表用于维护有序序列,支持范围操作和排名查询。
    • 哈希表用于实现 O(1) 复杂度的成员查询(如获取分数)。
  • 这种组合兼顾了有序性和快速单点查找,而跳表在其中承担了有序部分的核心角色。

综上所述,Redis 选择跳表而非 B+ 树,是基于实现简单性、内存性能、范围查询效率、动态更新代价以及内存数据库特性等因素的综合权衡。跳表在内存环境中提供了与 B+ 树相当甚至更优的性能,同时保持了代码的简洁和可维护性。


作 者:南烛
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