Redis之字典
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
- Redis的数据库就是使用字典来作为底层实现
- 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
- 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
- size:记录了hash表的大小,也就是table数组的大小
- used:记录了hash表已有哈希表节点(键值对)的数量
- sizemask:总是等于size-1
哈希表节点
- key:保存键
- 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
- 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
- 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
- privdata : 保存了需要传给那些特定函数的可选参数
- 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
- 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
- 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)
- 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:
- 在ht[1]分配空间,让字典同时持有ht[0]和ht[1]两个哈希表
- 维持一个索引计数器变量rehashidx,设置为0,表示rehash开始
- 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
- 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。
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