redis的字典（Hash）

redis的字典（Hash）

字典（Hash）

Redis的字典是使用HashTable作为底层实现，一个哈希表存储多个键值对节点。

字典结构

typedef struct dict {//类型特定函数dictType *type;//私有数据void *private;//哈希表dictht ht[2];//rehash索引in trehashidx;//当没有进行rehash时，为-1
} dict;

• type是一个在指向dictType结构的指针，每个dictType结构保存了一簇用于操作特定键值对的函数，该字段是为多态字典做准备。
• private属性保存了需要传给dictType中函数的可选参数。
• ht是一个包含两个项的哈希表的数组，当rehash时需要用到第二个作临时存储

Hash表结构

typedef struct dictht {//哈希表数组dictEntry **table;//哈希表大小unsigned long size;//哈希表大小掩码， 用于计算索引值//总是等于size - 1unsigned long sizemask;//该哈希表已有节点的数量unsigned long used;
} dictht;

table 是一个数组，数组中每个元素都是一个指向哈希表节点（dictEntry）结构的指针。

Hash表节点结构

typedef struct dictEntry {//键void *key;//值union{void *val;//可以是指针uint64_tu64;//无符号整数int64_ts64;//带符号整数} v;//指向下个哈希表节点，形成链表(解决哈希冲突)struct dicEntry *next;
} dictEntry;

三者关系

字典------>哈希表------>哈希表节点

哈希算法

下面的代码解释了字典如何根据key计算索引值index

//1、使用字典设置的哈希函数，计算键key的哈希值
hash = dict->type->hashFunction(key)
//2、根据hash值与哈希表掩码相与得到索引值
index = hash & dict->ht[x].sizemask;

解决哈希冲突

当不同的键被分配到同一个哈希表数组索引上（哈希冲突），redis采用链地址法来解决，每一个哈希节点都有一个*next指针，用了指向下一个哈希节点。

• 因为没有一个指向链表尾结点的指针，所以哈希表采用头插入的方式（时间复杂度为O（1）），将新插入的节点插在其他链表节点的首部（如下两图）。

rehash

负载因子==ht[0].used/ht[0].size

• 什么时候会执行哈希表的扩展与收缩？

  当以下条件之一满足时，会对哈希表进行扩展操作

  • 服务器没有在执行bgsave（用于在后台异步保存当前数据库的数据到磁盘）与bgrewriteaof（用于异步执行一个 AOF（AppendOnly File） 文件重写操作）命令时，并且哈希表的负载因子大于等于1
  • 服务器正在执行bgsave与bgrewriteaof命令，并且哈希表的负载因子大于5（因为每一个哈希表数组节点可能存在大于一个节点，所以会大于1）

  当哈希表的负载因子小于0.1时，程序自动开始对哈希表执行收缩

• 如何执行哈希表的扩展与收缩？

  • 为字典的ht[1]分配内存空间，大小取决于ht[0]的大小，计算如下

    • 如果执行的是扩展操作，ht[1]的大小为第一个大于等于ht[0].used*2的2^n（2的n次方幂）

    • 如果执行的是收缩操作，ht[1]的大小为第一个大于等于ht[0].used的2^n（2的n次方幂）

• 将保存在ht[0]上的所有键值对重新计算哈希值（rehash）放到ht[1]上
  

• 迁移完成后，释放ht[0]并将ht[1]设置为ht[0]，并新建一个ht[1]空白哈希表为下一次rehash做准备

• rehash并不是一次完成的，而是渐进式完成，步骤如下

• 为ht[1]分配空间，字典同时持有ht[0]和ht[1]两个哈希表

• 在字典中位置索引计数器变量rehashix，将他的值设置为0

• 在rehash期间，每次对字典执行添加、删除、查找或者更新操作时，程序出了执行指定的操作之外，还会将ht[0]在rehashidx索引上的所有键值对rehash到ht[1]，完成后将rehashidx自增1

• 当某个时间点上ht[0]的所有键值对都被rehash成功，程序将rehashidx设为-1

rehash过程中，字典会同时使用两个哈希表，删除，查找，更新操作会在两个表中查找，新增则会直接更新到ht[1]

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该文章是学习《redis设计与实现》的读书笔记，如有错误或模糊点请在评论区指针，共同进步共同学习！