菜鸟nginx源码剖析数据结构篇(七) 哈希表 ngx_hash_t(下)[转]
菜鸟nginx源码剖析数据结构篇(七) 哈希表 ngx_hash_t(下)
Author:Echo Chen(陈斌)
Email:chenb19870707@gmail.com
Date:Nov 3rd, 2014
在前面一篇文章《菜鸟nginx源码剖析数据结构篇(六) 哈希表 ngx_hash_t(上)》 里介绍了 普通哈希表 和 带有通配符的哈希表 的基本结构和初始化方法,由于篇幅的原因未能解析完结,这篇继续解源码中剩余的部分。
1.普通哈希表ngx_hash_t查找 ngx_hash_find
普通哈希表的查找比较简单,思想就是先根据hash值找到对应桶,然后遍历这个桶的每一个元素,逐字匹配是否关键字完全相同,完全相同则找到,否则继续,直至找到这个桶的结尾(value = NULL)。
- 1: /* @hash 表示哈希表的结构体
- 2: * @key 表示根据哈希方法计算出来的hash值
- 3: * @name 表示实际关键字地址
- 4: * @len 表示实际关键字长度
- 5: */
- 6: void *ngx_hash_find(ngx_hash_t *hash, ngx_uint_t key, u_char *name, size_t len)
- 7: {
- 8: ngx_uint_t i;
- 9: ngx_hash_elt_t *elt;
- 10:
- 11: //根据hash值找到桶索引
- 12: elt = hash->buckets[key % hash->size];
- 13:
- 14: if (elt == NULL) {
- 15: return NULL;
- 16: }
- 17:
- 18: //桶结束的标志为 value 为 NULL
- 19: while (elt->value) {
- 20: //关键字长度不匹配,下一个
- 21: if (len != (size_t) elt->len) {
- 22: goto next;
- 23: }
- 24:
- 25: //遍历关键字每一个字符,若全部对得上,则找到,否则有一个不同下一个
- 26: for (i = 0; i < len; i++) {
- 27: if (name[i] != elt->name[i]) {
- 28: goto next;
- 29: }
- 30: }
- 31:
- 32: return elt->value;
- 33:
- 34: next:
- 35: //从elt关键字开始向后移动关键字长度个,并行对齐,即为下一个ngx_hash_elt_t
- 36: elt = (ngx_hash_elt_t *) ngx_align_ptr(&elt->name[0] + elt->len,
- 37: sizeof(void *));
- 38: continue;
- 39: }
- 40:
- 41: return NULL;
- 42: }
2.支持通配符哈希表的前置通配符查找 ngx_hash_find_wc_head
还记得上节在ngx_hash_wildcard_init中,用value指针低2位来携带信息吗?其是有特殊意义的,如下图所示
- 00 - value 是 "example.com" 和 "*.example.com"的数据指针
- 01 - value 仅仅是 "*.example.com"的数据指针
- 10 - value 是 支持通配符哈希表是 "example.com" 和 "*.example.com" 指针
- 11 - value 仅仅是 "*.example.com"的指针
查找的思路就是根据value的指针信息来搜索,源代码如下:
- 1: /* @hwc 表示支持通配符的哈希表的结构体
- 2: * @name 表示实际关键字地址
- 3: * @len 表示实际关键字长度
- 4: */
- 5: void *ngx_hash_find_wc_head(ngx_hash_wildcard_t *hwc, u_char *name, size_t len)
- 6: {
- 7: void *value;
- 8: ngx_uint_t i, n, key;
- 9:
- 10: n = len;
- 11:
- 12: //从后往前搜索第一个dot,则n 到 len-1 即为关键字中最后一个 子关键字
- 13: while (n) {
- 14: if (name[n - 1] == '.') {
- 15: break;
- 16: }
- 17:
- 18: n--;
- 19: }
- 20:
- 21: key = 0;
- 22:
- 23: //n 到 len-1 即为关键字中最后一个 子关键字,计算其hash值
- 24: for (i = n; i < len; i++) {
- 25: key = ngx_hash(key, name[i]);
- 26: }
- 27:
- 28: //调用普通查找找到关键字的value(用户自定义数据指针)
- 29: value = ngx_hash_find(&hwc->hash, key, &name[n], len - n);
- 30:
- 31: /**还记得上节在ngx_hash_wildcard_init中,用value指针低2位来携带信息吗?其是有特殊意义的,如下:
- 32: * 00 - value 是 "example.com" 和 "*.example.com"的数据指针
- 33: * 01 - value 仅仅是 "*.example.com"的数据指针
- 34: * 10 - value 是 支持通配符哈希表是 "example.com" 和 "*.example.com" 指针
- 35: * 11 - value 仅仅是 "*.example.com"的指针
- 36: */
- 37: if (value)
- 38: {
- 39:
- 40: if ((uintptr_t) value & 2) {
- 41:
- 42: //搜索到了最后一个子关键字且没有通配符,如"example.com"的example
- 43: if (n == 0) {
- 44: //value低两位为11,仅为"*.example.com"的指针,这里没有通配符,没招到,返回NULL
- 45: if ((uintptr_t) value & 1) {
- 46: return NULL;
- 47: }
- 48:
- 49: //value低两位为10,为"example.com"的指针,value就在下一级的ngx_hash_wildcard_t 的value中,去掉携带的低2位11
- 50: hwc = (ngx_hash_wildcard_t *)
- 51: ((uintptr_t) value & (uintptr_t) ~3);
- 52: return hwc->value;
- 53: }
- 54:
- 55: //还未搜索完,低两位为11或10,继续去下级ngx_hash_wildcard_t中搜索
- 56: hwc = (ngx_hash_wildcard_t *) ((uintptr_t) value & (uintptr_t) ~3);
- 57:
- 58: //继续搜索 关键字中剩余部分,如"example.com",搜索 0 到 n -1 即为 example
- 59: value = ngx_hash_find_wc_head(hwc, name, n - 1);
- 60:
- 61: //若找到,则返回
- 62: if (value)
- 63: {
- 64: return value;
- 65: }
- 66:
- 67: //低两位为00 找到,即为wc->value
- 68: return hwc->value;
- 69: }
- 70:
- 71: //低两位为01
- 72: if ((uintptr_t) value & 1)
- 73: {
- 74: //关键字没有通配符,错误返回空
- 75: if (n == 0)
- 76: {
- 77: return NULL;
- 78: }
- 79:
- 80: //有通配符,直接返回
- 81: return (void *) ((uintptr_t) value & (uintptr_t) ~3);
- 82: }
- 83:
- 84: //低两位为00,直接返回
- 85: return value;
- 86: }
- 87:
- 88: return hwc->value;
- 89: }
3.支持通配符哈希表的后置通配符查找 ngx_hash_find_wc_tail
ngx_hash_find_wc_tail与前置通配符查找差不多,这里value低两位仅有两种标志,更加简单:
- 00 - value 是指向 用户自定义数据
- 11 - value的指向下一个哈希表
源代码如下:
- 1: void *ngx_hash_find_wc_tail(ngx_hash_wildcard_t *hwc, u_char *name, size_t len)
- 2: {
- 3: void *value;
- 4: ngx_uint_t i, key;
- 5:
- 6:
- 7: key = 0;
- 8:
- 9: //从前往前搜索第一个dot,则0 到 i 即为关键字中第一个 子关键字
- 10: for (i = 0; i < len; i++)
- 11: {
- 12: if (name[i] == '.')
- 13: {
- 14: break;
- 15: }
- 16: //计算哈希值
- 17: key = ngx_hash(key, name[i]);
- 18: }
- 19:
- 20: //没有通配符,返回NULL
- 21: if (i == len)
- 22: {
- 23: return NULL;
- 24: }
- 25:
- 26: //调用普通查找找到关键字的value(用户自定义数据指针)
- 27: value = ngx_hash_find(&hwc->hash, key, name, i);
- 28:
- 29:
- 30: /**还记得上节在ngx_hash_wildcard_init中,用value指针低2位来携带信息吗?其是有特殊意义的,如下:
- 31: * 00 - value 是数据指针
- 32: * 11 - value的指向下一个哈希表
- 33: */
- 34: if (value)
- 35: {
- 36: //低2位为11,value的指向下一个哈希表,递归搜索
- 37: if ((uintptr_t) value & 2)
- 38: {
- 39:
- 40: i++;
- 41:
- 42: hwc = (ngx_hash_wildcard_t *) ((uintptr_t) value & (uintptr_t) ~3);
- 43:
- 44: value = ngx_hash_find_wc_tail(hwc, &name[i], len - i);
- 45:
- 46: //找到低两位00,返回
- 47: if (value)
- 48: {
- 49: return value;
- 50: }
- 51:
- 52: //找打低两位11,返回hwc->value
- 53: return hwc->value;
- 54: }
- 55:
- 56: return value;
- 57: }
- 58:
- 59: //低2位为00,直接返回数据
- 60: return hwc->value;
- 61: }
4.组合哈希表查找 ngx_hash_find_combined
组合哈希表的查找思路非常简单,先在普通哈希表中查找,没找到再去前置通配符哈希表中查找,最后去后置通配符哈希表中查找,源代码如下:
- 1: void *ngx_hash_find_combined(ngx_hash_combined_t *hash, ngx_uint_t key, u_char *name,size_t len)
- 2: {
- 3: void *value;
- 4:
- 5: //在普通hash表中查找
- 6: if (hash->hash.buckets) {
- 7: value = ngx_hash_find(&hash->hash, key, name, len);
- 8:
- 9: if (value) {
- 10: return value;
- 11: }
- 12: }
- 13:
- 14: if (len == 0) {
- 15: return NULL;
- 16: }
- 17:
- 18: //在前置通配符哈希表中查找
- 19: if (hash->wc_head && hash->wc_head->hash.buckets) {
- 20: value = ngx_hash_find_wc_head(hash->wc_head, name, len);
- 21:
- 22: if (value) {
- 23: return value;
- 24: }
- 25: }
- 26:
- 27: //在后置通配符哈希表中查找
- 28: if (hash->wc_tail && hash->wc_tail->hash.buckets) {
- 29: value = ngx_hash_find_wc_tail(hash->wc_tail, name, len);
- 30:
- 31: if (value) {
- 32: return value;
- 33: }
- 34: }
- 35:
- 36: return NULL;
- 37: }
5.支持通配符哈希表初始化 ngx_hash_wildcard_init
首先看一下ngx_hash_wildcard_init 的内存结构,当构造此类型的hash表的时候,实际上是构造了一个hash表的一个“链表”,是通过hash表中的key“链接”起来的。比如:对于“*.abc.com”将会构造出2个hash表,第一个hash表中有一个key为com的表项,该表项的value包含有指向第二个hash表的指针,而第二个hash表中有一个表项abc,该表项的value包含有指向*.abc.com对应的value的指针。那么查询的时候,比如查询www.abc.com的时候,先查com,通过查com可以找到第二级的hash表,在第二级hash表中,再查找abc,依次类推,直到在某一级的hash表中查到的表项对应的value对应一个真正的值而非一个指向下一级hash表的指针的时候,查询过程结束。
理解了这个,我们就可以看源代码了,ngx_hash_wildcard是一个递归函数,递归创建如上图的hash链表,如下为注释版源代码。
精彩的读点有:
- 由于指针都字节对齐了,低4位肯定为0,这种操作(name->value = (void *) ((uintptr_t) wdc | (dot ? 3 : 2)) ) 巧妙的使用了指针的低位携带额外信息,节省了内存,让人不得不佩服ngx设计者的想象力。
- 1: /*hinit为初始化结构体指针,names为预加入哈希表数组,elts为预加入数组大小
- 2: 特别要注意的是这里的key已经都是被预处理过的。例如:“*.abc.com”或者“.abc.com”被预处理完成以后,
- 3: 变成了“com.abc.”。而“mail.xxx.*”则被预处理为“mail.xxx.”*/
- 4: ngx_int_t ngx_hash_wildcard_init(ngx_hash_init_t *hinit, ngx_hash_key_t *names,ngx_uint_t nelts)
- 5: {
- 6: size_t len, dot_len;
- 7: ngx_uint_t i, n, dot;
- 8: ngx_array_t curr_names, next_names;
- 9: ngx_hash_key_t *name, *next_name;
- 10: ngx_hash_init_t h;
- 11: ngx_hash_wildcard_t *wdc;
- 12:
- 13: //初始化临时动态数组curr_names,curr_names是存放当前关键字的数组
- 14: if (ngx_array_init(&curr_names, hinit->temp_pool, nelts,
- 15: sizeof(ngx_hash_key_t))
- 16: != NGX_OK)
- 17: {
- 18: return NGX_ERROR;
- 19: }
- 20:
- 21: //初始化临时动态数组next_names,next_names是存放关键字去掉后剩余关键字
- 22: if (ngx_array_init(&next_names, hinit->temp_pool, nelts, sizeof(ngx_hash_key_t)) != NGX_OK)
- 23: {
- 24: return NGX_ERROR;
- 25: }
- 26:
- 27: //遍历 names 数组
- 28: for (n = 0; n < nelts; n = i)
- 29: {
- 30: dot = 0;
- 31:
- 32: //查找 dot
- 33: for (len = 0; len < names[n].key.len; len++)
- 34: {
- 35: if (names[n].key.data[len] == '.')
- 36: {
- 37: dot = 1;
- 38: break;
- 39: }
- 40: }
- 41:
- 42: //将关键字dot以前的关键字放入curr_names
- 43: name = ngx_array_push(&curr_names);
- 44: if (name == NULL) {
- 45: return NGX_ERROR;
- 46: }
- 47:
- 48: name->key.len = len;
- 49: name->key.data = names[n].key.data;
- 50: name->key_hash = hinit->key(name->key.data, name->key.len);
- 51: name->value = names[n].value;
- 52:
- 53: dot_len = len + 1;
- 54:
- 55: //len指向dot后剩余关键字
- 56: if (dot)
- 57: {
- 58: len++;
- 59: }
- 60:
- 61: next_names.nelts = 0;
- 62:
- 63: //如果names[n] dot后还有剩余关键字,将剩余关键字放入next_names中
- 64: if (names[n].key.len != len)
- 65: {
- 66: next_name = ngx_array_push(&next_names);
- 67: if (next_name == NULL) {
- 68: return NGX_ERROR;
- 69: }
- 70:
- 71: next_name->key.len = names[n].key.len - len;
- 72: next_name->key.data = names[n].key.data + len;
- 73: next_name->key_hash = 0;
- 74: next_name->value = names[n].value;
- 75:
- 76: }
- 77:
- 78: //如果上面搜索到的关键字没有dot,从n+1遍历names,将关键字比它长的全部放入next_name
- 79: for (i = n + 1; i < nelts; i++)
- 80: {
- 81: //前len个关键字相同
- 82: if (ngx_strncmp(names[n].key.data, names[i].key.data, len) != 0) {
- 83: break;
- 84: }
- 85:
- 86:
- 87: if (!dot
- 88: && names[i].key.len > len
- 89: && names[i].key.data[len] != '.')
- 90: {
- 91: break;
- 92: }
- 93:
- 94: next_name = ngx_array_push(&next_names);
- 95: if (next_name == NULL) {
- 96: return NGX_ERROR;
- 97: }
- 98:
- 99: next_name->key.len = names[i].key.len - dot_len;
- 100: next_name->key.data = names[i].key.data + dot_len;
- 101: next_name->key_hash = 0;
- 102: next_name->value = names[i].value;
- 103:
- 104: }
- 105:
- 106: //如果next_name非空
- 107: if (next_names.nelts)
- 108: {
- 109: h = *hinit;
- 110: h.hash = NULL;
- 111:
- 112: //递归,创建一个新的哈西表
- 113: if (ngx_hash_wildcard_init(&h, (ngx_hash_key_t *) next_names.elts,next_names.nelts) != NGX_OK)
- 114: {
- 115: return NGX_ERROR;
- 116: }
- 117:
- 118: wdc = (ngx_hash_wildcard_t *) h.hash;
- 119:
- 120: //如上图,将用户value值放入新的hash表
- 121: if (names[n].key.len == len)
- 122: {
- 123: wdc->value = names[n].value;
- 124: }
- 125:
- 126: //并将当前value值指向新的hash表
- 127: name->value = (void *) ((uintptr_t) wdc | (dot ? 3 : 2));
- 128:
- 129: } else if (dot)
- 130: {
- 131: name->value = (void *) ((uintptr_t) name->value | 1);
- 132: }
- 133: }
- 134:
- 135: //将最外层hash初始化
- 136: if (ngx_hash_init(hinit, (ngx_hash_key_t *) curr_names.elts,curr_names.nelts) != NGX_OK)
- 137: {
- 138: return NGX_ERROR;
- 139: }
- 140:
- 141: return NGX_OK;
- 142: }
6. 哈希键数组初始化 ngx_hash_keys_array_init
初始化ngx_hash_keys_arrays_t 结构体,type的取值范围只有两个,NGX_HASH_SMALL表示初始化元素较少,NGX_HASH_LARGE表示初始化元素较多,在向ha中加入时必须调用此方法。
- 1: ngx_int_t ngx_hash_keys_array_init(ngx_hash_keys_arrays_t *ha, ngx_uint_t type)
- 2: {
- 3: ngx_uint_t asize;
- 4:
- 5: if (type == NGX_HASH_SMALL)
- 6: {
- 7: asize = 4;
- 8: ha->hsize = 107;
- 9: }
- 10: else
- 11: {
- 12: asize = NGX_HASH_LARGE_ASIZE;
- 13: ha->hsize = NGX_HASH_LARGE_HSIZE;
- 14: }
- 15:
- 16: //初始化 存放非通配符关键字的数组
- 17: if (ngx_array_init(&ha->keys, ha->temp_pool, asize, sizeof(ngx_hash_key_t)) != NGX_OK)
- 18: {
- 19: return NGX_ERROR;
- 20: }
- 21:
- 22: //初始化 存放前置通配符处理好的关键字 数组
- 23: if (ngx_array_init(&ha->dns_wc_head, ha->temp_pool, asize, sizeof(ngx_hash_key_t)) != NGX_OK)
- 24: {
- 25: return NGX_ERROR;
- 26: }
- 27:
- 28: //初始化 存放后置通配符处理好的关键字 数组
- 29: if (ngx_array_init(&ha->dns_wc_tail, ha->temp_pool, asize, sizeof(ngx_hash_key_t))!= NGX_OK)
- 30: {
- 31: return NGX_ERROR;
- 32: }
- 33:
- 34: /*初始化 二位数组 ,这个数组存放的第一个维度代表的是bucket的编号,
- 35: 那么keys_hash[i]中存放的是所有的key算出来的hash值对hsize取模以后的值为i的key。
- 36: 假设有3个key,分别是key1,key2和key3假设hash值算出来以后对hsize取模的值都是i,
- 37: 那么这三个key的值就顺序存放在keys_hash[i][0],keys_hash[i][1], keys_hash[i][2]。
- 38: 该值在调用的过程中用来保存和检测是否有冲突的key值,也就是是否有重复。*/
- 39: ha->keys_hash = ngx_pcalloc(ha->temp_pool, sizeof(ngx_array_t) * ha->hsize);
- 40: if (ha->keys_hash == NULL)
- 41: {
- 42: return NGX_ERROR;
- 43: }
- 44:
- 45: // 该数组在调用的过程中用来保存和检测是否有冲突的前向通配符的key值,也就是是否有重复。
- 46: ha->dns_wc_head_hash = ngx_pcalloc(ha->temp_pool,sizeof(ngx_array_t) * ha->hsize);
- 47:
- 48: if (ha->dns_wc_head_hash == NULL)
- 49: {
- 50: return NGX_ERROR;
- 51: }
- 52:
- 53: // 该数组在调用的过程中用来保存和检测是否有冲突的后向通配符的key值,也就是是否有重复。
- 54: ha->dns_wc_tail_hash = ngx_pcalloc(ha->temp_pool, sizeof(ngx_array_t) * ha->hsize);
- 55: if (ha->dns_wc_tail_hash == NULL)
- 56: {
- 57: return NGX_ERROR;
- 58: }
- 59:
- 60: return NGX_OK;
- 61: }
7. 向ngx_hash_keys_array中添加关键字
- 1: ngx_int_t ngx_hash_keys_array_init(ngx_hash_keys_arrays_t *ha, ngx_uint_t type)
- 2: {
- 3: ngx_uint_t asize;
- 4:
- 5: if (type == NGX_HASH_SMALL)
- 6: {
- 7: asize = 4;
- 8: ha->hsize = 107;
- 9: }
- 10: else
- 11: {
- 12: asize = NGX_HASH_LARGE_ASIZE;
- 13: ha->hsize = NGX_HASH_LARGE_HSIZE;
- 14: }
- 15:
- 16: //初始化 存放非通配符关键字的数组
- 17: if (ngx_array_init(&ha->keys, ha->temp_pool, asize, sizeof(ngx_hash_key_t)) != NGX_OK)
- 18: {
- 19: return NGX_ERROR;
- 20: }
- 21:
- 22: //初始化 存放前置通配符处理好的关键字 数组
- 23: if (ngx_array_init(&ha->dns_wc_head, ha->temp_pool, asize, sizeof(ngx_hash_key_t)) != NGX_OK)
- 24: {
- 25: return NGX_ERROR;
- 26: }
- 27:
- 28: //初始化 存放后置通配符处理好的关键字 数组
- 29: if (ngx_array_init(&ha->dns_wc_tail, ha->temp_pool, asize, sizeof(ngx_hash_key_t))!= NGX_OK)
- 30: {
- 31: return NGX_ERROR;
- 32: }
- 33:
- 34: /*初始化 二位数组 ,这个数组存放的第一个维度代表的是bucket的编号,
- 35: 那么keys_hash[i]中存放的是所有的key算出来的hash值对hsize取模以后的值为i的key。
- 36: 假设有3个key,分别是key1,key2和key3假设hash值算出来以后对hsize取模的值都是i,
- 37: 那么这三个key的值就顺序存放在keys_hash[i][0],keys_hash[i][1], keys_hash[i][2]。
- 38: 该值在调用的过程中用来保存和检测是否有冲突的key值,也就是是否有重复。*/
- 39: ha->keys_hash = ngx_pcalloc(ha->temp_pool, sizeof(ngx_array_t) * ha->hsize);
- 40: if (ha->keys_hash == NULL)
- 41: {
- 42: return NGX_ERROR;
- 43: }
- 44:
- 45: // 该数组在调用的过程中用来保存和检测是否有冲突的前向通配符的key值,也就是是否有重复。
- 46: ha->dns_wc_head_hash = ngx_pcalloc(ha->temp_pool,sizeof(ngx_array_t) * ha->hsize);
- 47:
- 48: if (ha->dns_wc_head_hash == NULL)
- 49: {
- 50: return NGX_ERROR;
- 51: }
- 52:
- 53: // 该数组在调用的过程中用来保存和检测是否有冲突的后向通配符的key值,也就是是否有重复。
- 54: ha->dns_wc_tail_hash = ngx_pcalloc(ha->temp_pool, sizeof(ngx_array_t) * ha->hsize);
- 55: if (ha->dns_wc_tail_hash == NULL)
- 56: {
- 57: return NGX_ERROR;
- 58: }
- 59:
- 60: return NGX_OK;
- 61: }
-
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