Redis之字典

Posted 2020-12-16 tripl

概念

　　字典，又称为符号表、关联数组或映射（map），是一种用于保存键值对（key-value pair）的抽象数据结构。字典中每个键都是独一无二的，程序可以根据键来更新值，或者删除整个键值对。

用途

1. Redis的数据库就是使用字典来作为底层实现
2. 字典还是哈希键的底层实现之一。当一个哈希键包含的键值对比较多，又或者键值对中的元素都是比较长的字符串时，Redis就会使用字典作为哈希键的底层实现。

字典的实现

　　Redis的字典使用哈希表作为底层实现，一个哈希表里面可以有多个哈希表节点，而每个哈希表节点就保存了字典中的一个键值对。

　（Redis中dict是hash键的底层实现之一，而dict的底层又采用了hash表。hash表dictht包含了一个dictEntry数组，size记录了hash表的大小，sizemask始终等于size-1，还有一个used记录了已有节点的数量

　　hash表节点dictEntry是一个键值对对象，另外还有一个next指针，指向下一个dictEntry,通过指针连接在一起，可以解决键冲突的问题

　　）

哈希表

1. table ： 一个数组，数组中每个元素都是一个指向dict.h/dictEntry（哈希表节点）结构的指针，而每个dictEntry都保存了一个键值对
2. size:记录了hash表的大小，也就是table数组的大小
3. used：记录了hash表已有哈希表节点（键值对）的数量
4. sizemask：总是等于size-1　

哈希表节点

1. key：保存键
2. v ：保存键值对中的值，可以是一个指针，或者一个uint64_t整数，又或者是一个int64_t整数
3. next ：只想两一个哈希表节点的指针，多个指针将多个哈希值相同的键值对连接在一起，解决了键冲突的问题

 

 字典

1. type ： 是一个指向dictType的指针，每一个dictType结构保存了一簇用于操作特定类型键值对的函数，Redis会为用途不同的字典设置不同的类型特定函数
2. privdata ： 保存了需要传给那些特定函数的可选参数
3. ht[2] : 包含两个项（hash表）的数组，一般只用ht[0],ht[1]只有在rehash时使用
4. trehashidx：记录rehash目前的进步，如果没在进行rehash，那么值为-1

解决键冲突

　　Redis根据键值对的键计算出哈希值喝索引值，然后根据索引值，将包含新键值对的哈希表节点放到哈希表数组的指定索引上面。

 　　当两个或者以上数量的键被分配到哈希表数组的同一索引上面时，我们称这些键发生了冲突。

　　 Redis的哈希表采用链地址法解决键冲突。每个哈希表节点都有一个next指针，多个哈希表节点用next指针连接在一起，多个节点用这个单向链表连接起来，这就解决了链冲突。

 

Rehash

1. 扩展操作：ht[1]的大小为第一个大于等于ht[0].used*2的2n（2的n次方）
2. 收缩操作：ht[1]的大小为第一个大于等于ht[0].used的2n

当满足以下任意一个条件时，程序会自动进行扩展操作：

• 服务器没有正在执行BGSAVE命令或者BGREWRITEAOF命令，并且哈希表负载因子大于等于1
• 服务器正在执行BGSAVE或者BGREWRITEAOF命令，并且哈希表负载因子大于等于5
• 负载因子计算公式：load_factor = ht[0].used / ht[0].size

rehash步骤：

• 为字典ht[1]分配空间
• 将保存在ht[0]中的所有键值对rehash到ht[1]上
• ht[0]所有键值对迁移完后，释放ht[0],将ht[1]设置为htp[0],并在ht[1]创建一个空白哈希表，为下一次rehash做准备

渐进式rehash

　　为避免rehash对服务器性能的影响，服务器不是一次性将ht[0]力所有的键值对全部rehash到ht[1]中，而是分多次，渐进式的rehash到ht[1]中

详细步骤：

1. 在ht[1]分配空间，让字典同时持有ht[0]和ht[1]两个哈希表
2. 维持一个索引计数器变量rehashidx，设置为0，表示rehash开始
3. 在rehash期间，每次对字典执行添加，删除，查找或者更新操作时，程序除了执行指定的操作以外，还会顺带及那个ht[0]哈希表在rehashidx索引上的所有键值对rehash到ht[1]上，当rehash完成时，rehashidx属性值增一
4. 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到ht[1]上，这时将rehashidx设置为-1，表示rehash完成

在rehash过程中，字典同时拥有ht[0]和ht[1]两个哈希表，期间字典的删除，查找，更新等操作会在两个哈希表进行。例如查找，先在ht[0]查找，如果没有就在ht[1]查找。另外在rehash期间，新添加的字典的键值对一律会保存到ht[1]中，ht[0]则不再进行任何添加操作，这保证ht[0]包含的数量只减不增，最终变为空表。