C# 跳表SkipList实现方法 C#如何实现一个高效的有序集合

因为SortedSet是单线程安全的红黑树，不支持并发修改和按索引访问，而skiplist平均O(log n)、易实现线程安全、支持随机访问且无需重平衡。

为什么不用 SortedSet 而要手写 SkipList

因为 SortedSet 底层是红黑树，增删查都是 O(log n)，但它是单线程安全的（不支持并发修改），且不支持按索引随机访问（比如“取第 5 小的元素”）。SkipList 在平均情况下同样 O(log n)，但实现天然支持概率性分层，插入时无需旋转/重平衡，代码更易理解，也更容易扩展为线程安全版本。

SkipList 的核心结构怎么组织

每个节点不是只存一个 Next 指针，而是用数组 Forward[] 存多个层级的后继引用。层级数由随机决定（通常用抛硬币：每次成功则继续升层，直到失败，最大层数常设为 32）。头节点（Head）必须有完整层级，每层形成一个有序链表，越高层跳得越远。

关键点：

• Level 是当前节点实际拥有的层数（≤ 最大层数），不是固定值
• 查找时从最高层开始，向右走不动就降层，类似“快速定位 + 精调”
• 插入前必须先做一次查找，记录每层最后停靠的节点（即 Update[] 数组），用于后续指针修复
• 删除同理，也要先查再改指针，不能只删节点对象

如何控制层级生成避免退化

层级不能全靠 Random.Next() 取模——这会破坏概率分布，导致某些层过密或过空。正确做法是用独立伯努利试验模拟抛硬币：

private int RandomLevel() {     int level = 1;     while (level < MaxLevel && random.NextDouble() < 0.5)         level++;     return level; }

这里 0.5 是晋升概率，对应标准 SkipList；若设为 0.25，平均层数更低、内存更省，但常数因子略大。别用 new Random() 在循环里反复创建——它基于时间戳，高频调用会导致重复种子，应复用单例 Random 实例。

与 ConcurrentDictionary 或 ReaderWriterLock 配合的陷阱

纯 SkipList 本身不带锁。若想支持并发读写，不要直接套 lock(this)——会严重串行化。可行路径有二：

• 对每层链表单独加细粒度锁（如每层一个 Object 锁），但实现复杂且易死锁
• 更实用的是：用 ConcurrentDictionary 存数据，另起一个只读 SkipList 做快照索引（适合读多写少）
• 或者直接放弃手写，改用 System.Collections.Concurrent.ConcurrentSkipList（.net 6+ 内置，但仅限 IComparable 类型，且不公开底层操作）

真正需要自定义行为（比如带范围查询回调、自定义比较器生命周期管理）时，才值得投入 SkipList 实现——否则，SortedSet 或 SortedList 已足够稳。