redis数据结构 字典 哈希表 用于hash键底层实现 总结 |
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1.原理 字典是哈希键的底层实现，当一个哈希键包含的键值对比较多，或者键值对中元素都是比较长的字符串，Reids就会使用字典作为哈希键的底层实现 2.字典节点结构 typedef struct dictEntry { void *key //键 union { void *val; unit64_t u64; int64_t s64; }v;//值 struct dictEntry *next; // 指向下一个哈希表节点 形成链表 }dictEntry;字典节点也是链表结构，用于哈希冲突后形成链表 3.字典结构 typedef struct dict { dictType *type //类型特定函数 void *privdata是// 私有数据 dictht ht[2]; //哈希表 int trehashidx; // rehash索引 当rehash不在进行时 值位-1 }dict;type属性和privdata属性针对不同类型的键值对，为创建多态字典而设置的 dictType结构里面封装了各自方法 ht[2]是一个包含两个哈希表的数组，一般情况，字典只使用ht[0]哈希表，ht[1]哈希表只会在对ht[0]哈希表进行rehash时候使用，即在对字典扩容的时候使用 4.dictType结构 typedef struct dictType { unsigned int (*hashFunction) (const void *key); //计算哈希值的函数 void *(*keyDup) (void *privdata, const void *key); //复制键的函数 void *(*valDup) (void *privdata, const void *obj); //复制值的函数 int (*keyCompare) (void *privdata, const void *key1, const void *key2); //对比键的函数 void (*keyDestructor) (void *privdata, void *key) //销毁键的函数 void (*valDeestructor) (void *privdata, void *bje) //销毁值的函数 }dictType;5.哈希算法 添加一个新的键值对到字典里面时，根据键值对计算出哈希值和索引值，然后根据索引值，把包含新键值对的哈希表节点放到哈希表数组指定索引上 hash = dict->type->hashFunction(key) 使用字典设置的哈希函数,计算键key的哈希值，然后使用哈希表的sizemask属性和哈希值，计算出索引值 index = hash & dict->ht[x]->sizemask; 6.解决键冲突 Redis的哈希表使用链地址法来解决键冲突,因为dictEntry节点组成的链表没有指向链表表尾的指针,为了速度考虑,总是将新节点添加到链表的表头位置 7.rehash 随着操作的不断执行，哈希表保存的键值对会逐渐地增多或减少，为了让哈希表的负载因子维持维持在一个合理的范围之内，当哈希表保存的键值对数量太多或太少，程序需要对哈希表的大小进行相应的扩展或收缩 8.扩容和缩容操作 扩展和收缩哈希表，可以通过执行rehash作来完成 为字典的ht[1]哈希表分配空间，大小取决于要执行的操作，以及ht[0]当前包含的键值对数量 扩展操作 设置ht[1]大小为第一个2倍ht[0]已使用空间大的2的次幂 收缩操作 设置ht[1]大小为第一个二分之一ht[0]已使用空间小的2的次幂将保存在ht[0]中是所有键值对rehash到ht[1]上面，rehash指的是重新计算键的哈希值和索引值，将键值对放置到，ht[1]哈希表指定位置上当ht[0]包含的所有键值对都迁移到了ht[1]之后 ht[0]变为空表，释放ht[0] 将ht[1]设置为ht[0],并在ht[1]新创建一个空白hash表，为下一次rehash做准备8.扩容和缩容操作时机 负载因子 = 哈希表已经保存节点数量 / 哈希表大小 服务器目前没有执行BGSAVE命令或BGREWRITEAOF， 并且负载因子大于1服务器目前正在执行BGSAVE命令或者BGREWRITEAOF，并且负载因子大于5当负载因子小于0.1时程序自动开始对哈希表执行收缩操作9.渐进式rehash 扩展或收缩哈希表需要将ht[0]里面的所有键值对rehash到ht[1]，但是这个rehash动作并不是一次、集中式地完成的，而是分多次、渐进式完成的 10.渐进式rehash步骤 为ht[1]分配空间在字典中维持一个索引计数器变量 rehashidx 并将它的值设置为0，表示rehash工作正式开始进行rehash期间，每次对字典执行添加、删除、查找或者更新操作，程序除了执行指定的操作，还会顺带将ht[0]哈希表在rehashidx索引上的所有键值对rehash到ht[1]中，当rehash工作完成后，程序将rehashidx属性的值增一，随着字典操作不断执行，最终在某个时间点 ht[0]的所有键值对都被rehash至ht[1]，这时程序将rehashidx属性设置为-1,表示rehash操作已经完成，渐进式rehash的好处在于它采取分而治之的方式，将rehash键值对所需的计算工作均摊到字典的每个添加、删除、查找和更新，操作上，从而避免了集中式rehash而带来的庞大计算量11.渐进式rehash执行期间的哈希表操作 在渐进式rehash操作中，字典会同时使用ht[0]和ht[1]两个哈希表，所以在渐进式rehash进行期间，字典的删除（delete）、查找(find)、更新(update)等操作会在两个哈希表上进行。例如在字典上查找一个键如果在ht[0]没有找到，就去ht[1]找在渐进式rehash执行期间，新添加到字典的键值对一律会保存到ht[1]里面而ht[0]不执行任何添加操作，这一措施保证了ht[0]包含的键值对数量会只减少不增加，并随着rehash操作的执行而最终变成了空表 12.总结 1.字典被广泛用于实现Redis的各种功能，包括数据库和哈希表 2.Redis中的字典使用哈希表作为底层实现，每个字典带有两个哈希表，一个平时使用，一个仅在进行rehash使用 3.当字典被用作数据库的底层实现，或者哈希键的底层实现，Reids使用 MurmurHash2算法来计算键的哈希值 4.哈希表使用链地址法来解决键冲突，被分配到同一个索引上的多个键值对会连接成一个单向链表 5.在对哈希表进行扩展或收缩操作时，程序需要将现有哈希表包含的所有键值对对rehash到新哈希表里面，并且这个rehash过程并不是一次性地完成的，而是渐进式地完成的 参考 《Redis设计与实现》 |
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