《闲扯Redis七》Redis字典结构的底层实现
一、前言
上节《闲扯Redis六》Redis五种数据类型之Hash型 中说到 Hash(哈希对象)的底层实现有:
1、ziplist 编码的哈希对象使用压缩列表作为底层实现
2、hashtable 编码的哈希对象使用字典作为底层实现
那么第二种方式中的字典究竟是怎样的一种结构呢?
字典, 又称符号表(symbol table)、关联数组(associative array)或者映射(map), 是一种用于保存键值对(key-value pair)的抽象数据结构。在字典中, 一个键(key)可以和一个值(value)进行关联(或者说将键映射为值), 这些关联的键和值就被称为键值对。
字典中的每个键都是独一无二的, 程序可以在字典中根据键查找与之关联的值, 或者通过键来更新值, 又或者根据键来删除整个键值对, 等等。
二、实现分析
Redis 的字典采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。所以咱们依次来分析一下哈希表、哈希表节点、以及字典的结构。
1.哈希表结构
哈希表结构定义 (dict.h/dictht):
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 - 1
unsigned long sizemask;
// 该哈希表已有节点的数量
unsigned long used;
} dictht;
描述:
table 属性是一个数组, 数组中的每个元素都是一个指向 dict.h/dictEntry 结构的指针, 每个 dictEntry 结构保存着一个键值对。
size 属性记录了哈希表的大小, 也即是 table 数组的大小, 而 used 属性则记录了哈希表目前已有节点(键值对)的数量。
sizemask 属性的值总是等于 size - 1 , 这个属性和哈希值一起决定一个键应该被放到 table 数组的哪个索引上面。
结构图解:一个空的哈希表
2.哈希表节点
一个哈希表里面可以有多个哈希表节点,那么每个哈希表节点的结构以及多个哈希表节点之间的存储关系是怎么样的呢?
哈希表节点结构定义 (dictEntry):
typedef struct dictEntry {
// 键
void *key;
// 值
union {
void *val;
uint64_t u64;
int64_t s64;
} v;
// 指向下个哈希表节点,形成链表
struct dictEntry *next;
} dictEntry;
描述:
key 属性保存着键值对中的键, 而 v 属性则保存着键值对中的值, 其中键值对的值可以是一个指针, 或者是一个 uint64_t 整数, 又或者是一个 int64_t 整数。
next 属性是指向另一个哈希表节点的指针, 这个指针可以将多个哈希值相同的键值对连接在一次, 以此来解决键冲突(collision)的问题。
结构图解:多个哈希值相同的键值对存储结构,解决键冲突
3.字典结构实现
字典结构定义 (dict.h/dict):
typedef struct dict {
// 类型特定函数
dictType *type;
// 私有数据
void *privdata;
// 哈希表
dictht ht[2];
// rehash 索引
// 当 rehash 不在进行时,值为 -1
int rehashidx; /* rehashing not in progress if rehashidx == -1 */
} dict;
描述:type 属性和 privdata 属性是针对不同类型的键值对, 为创建多态字典而设置的
type 属性是一个指向 dictType 结构的指针, 每个 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 属性则保存了需要传给那些类型特定函数的可选参数。
typedef struct dictType {
// 计算哈希值的函数
unsigned int (*hashFunction)(const void *key);
// 复制键的函数
void *(*keyDup)(void *privdata, const void *key);
// 复制值的函数
void *(*valDup)(void *privdata, const void *obj);
// 对比键的函数
int (*keyCompare)(void *privdata, const void *key1, const void *key2);
// 销毁键的函数
void (*keyDestructor)(void *privdata, void *key);
// 销毁值的函数
void (*valDestructor)(void *privdata, void *obj);
} dictType;
ht 属性是一个包含两个项的数组, 数组中的每个项都是一个 dictht 哈希表, 一般情况下, 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 时使用。
除了 ht[1] 之外, 另一个和 rehash 有关的属性就是 rehashidx : 它记录了 rehash 目前的进度, 如果目前没有在进行 rehash , 那么它的值为 -1 。
结构图解:普通状态下(没有进行 rehash)的字典
三、哈希表分析
1.哈希算法
当要将一个新的键值对添加到字典里面时, 程序需要先根据键值对的键计算出哈希值和索引值, 然后再根据索引值, 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。
Redis 计算哈希值和索引值的方法如下:
# 使用字典设置的哈希函数,计算键 key 的哈希值
hash = dict->type->hashFunction(key);
# 使用哈希表的 sizemask 属性和哈希值,计算出索引值
# 根据情况不同, ht[x] 可以是 ht[0] 或者 ht[1]
index = hash & dict->ht[x].sizemask;
如图 4-4:
举个例子, 对于图 4-4 所示的字典来说, 如果我们要将一个键值对 k0 和 v0 添加到字典里面, 那么程序会先使用语句:
hash = dict->type->hashFunction(k0);
计算键 k0 的哈希值。
假设计算得出的哈希值为 8 , 那么程序会继续使用语句:
index = hash & dict->ht[0].sizemask = 8 & 3 = 0;
计算出键 k0 的索引值 0 , 这表示包含键值对 k0 和 v0 的节点应该被放置到哈希表数组的索引 0 位置上,
结构图解:图 4-5
2.键冲突解决
当有两个或以上数量的键被分配到了哈希表数组的同一个索引上面时, 我们称这些键发生了冲突(collision)。
Redis 的哈希表使用链地址法(separate chaining)来解决键冲突: 每个哈希表节点都有一个 next 指针, 多个哈希表节点可以用 next 指针构成一个单向链表, 被分配到同一个索引上的多个节点可以用这个单向链表连接起来, 这就解决了键冲突的问题。
举个例子, 假设程序要将键值对 k2 和 v2 添加到图 4-6 所示的哈希表里面, 并且计算得出 k2 的索引值为 2 , 那么键 k1 和 k2 将产生冲突, 而解决冲突的办法就是使用 next 指针将键 k2 和 k1 所在的节点连接起来。
结构图解:图 4-7
因为 dictEntry 节点组成的链表没有指向链表表尾的指针, 所以为了速度考虑, 程序总是将新节点添加到链表的表头位置(复杂度为 O(1)), 排在其他已有节点的前面。
四、要点总结
1.字典 ht 属性是包含两个哈希表项的数组,一般情况下, 字典只使用 ht[0], ht[1] 哈希表只会在对 ht[0] 哈希表进行 rehash (下节分析) 时使用
2.哈希表使用链地址法(separate chaining)来解决键冲突
3.键值对添加到字典的过程, 先根据键值对的键计算出哈希值和索引值, 然后再根据索引值, 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
《闲扯Redis七》Redis字典结构的底层实现的更多相关文章
- redis中的字典结构是怎样的?
点赞再看,养成习惯,微信搜索「小大白日志」关注这个搬砖人. 文章不定期同步公众号,还有各种一线大厂面试原题.我的学习系列笔记. 基础概念 redis支持的5种数据类型中,有hash类型,hash类型的 ...
- Redis核心原理与实践--散列类型与字典结构实现原理
Redis散列类型可以存储一组无序的键值对,它特别适用于存储一个对象数据. > HSET fruit name apple price 7.6 origin china 3 > HGET ...
- 《闲扯Redis十》Redis 跳跃表的结构实现
一.前言 Redis 提供了5种数据类型:String(字符串).Hash(哈希).List(列表).Set(集合).Zset(有序集合),理解每种数据类型的特点对于redis的开发和运维非常重要. ...
- Redis(一):基本数据类型与底层存储结构
最近在整理有关redis的相关知识,对于redis的基本数据类型以及其底层的存储结构简要的进行汇总和备注(主要为面试用) Redis对外提供的基本数据类型主要为五类,分别是 STRING:可以存储字符 ...
- 【转】Redis学习---哈希结构内存模型剖析
[原文]https://www.toutiao.com/i6594624365906625032/ 概述 在前文<Redis字符串类型内部编码剖析>之中已经剖析过 Redis最基本的 St ...
- Redis实现之字典
字典 字典,又称为符号表(symbol table).关联数组(associative array)或映射(map),是一种用于保存键值对(key-value pair)的抽象数据结构.在字典中,一个 ...
- Redis数据结构之字典
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. 一.字典结构定义1. 哈希表节点结构定义: 2. 哈希表结构定义: 3. 字典 ...
- redis系列之------字典
前言 字典, 又称符号表(symbol table).关联数组(associative array)或者映射(map), 是一种用于保存键值对(key-value pair)的抽象数据结构. 在字典中 ...
- Redis(一) 数据结构与底层存储 & 事务 & 持久化 & lua
参考文档:redis持久化:http://blog.csdn.net/freebird_lb/article/details/7778981 https://blog.csdn.net/jy69240 ...
随机推荐
- java中整数的常量优化机制
java正常两个整数类型相加默认提升为int类型,如接受的类型比int小则会报错,当两个整数常量相加不超范围的情况下是不会报错 byte b = 3 +4: 条件:等号的右边必须全部都是整数常量才可以 ...
- iptables failed: iptables --wait -t nat -A DOCKER -p tcp -d 0/0 --dport 3306 -j DNAT --to-destination 172.17.0.2:3306 ! -i docker0: iptables: No chain/target/match by that name
今天使用docker运行mysql时报错, 执行命令: docker run --restart=always --name mysql5.7 -p 3306:3306 -v /data/mysql/ ...
- IDEA开发工具使用 git 创建项目、拉取分支、合并分支
转载自:https://blog.csdn.net/qq_39470733/article/details/80366435 工作中多人使用版本控制软件协作开发,常见的应用场景归纳如下: 假设小组中有 ...
- 从数据库中取时间值,遇到:java.sql.Timestamp cannot be cast to java.lang.Long
将 java.sql.Timestamp 类型转换为 java.util.Date 类型.二者其实是父子关系,直接 Date d = (Date)时间戳 就可以了. Date d = (Date)时间 ...
- 路由网关(Zuul)
上一篇已经讲了微服务组件中的 分布式配置中心,本章讲述 由JAVA编写的服务路由网关Zuul… - Zuul 路由是微服务体系结构的一个组成部分.例如 / 可以映射到您的Web应用程序,/api/us ...
- (三)ansible playbook
一,YAML语法 YAML的语法和其他高阶语言类似并且可以简单表达清单.散列表.标量等数据结构.(列表用横杆表示,键值对用冒号分割,键值对里又可以嵌套另外的键值对) YAML文件扩展名通常为.yaml ...
- POJ3263 Tallest Cow 差分
题目描述 FJ's N (1 ≤ N ≤ 10,000) cows conveniently indexed 1..N are standing in a line. Each cow has a p ...
- iOS应用千万级架构:MVVM框架
业务模块内的MVC和MVVM架构 目前,唯品会中MVC和MVVM架构并存,后期会偏重于MVVM架构的使用. MVC架构 Model:程序中要操纵的实际对象的抽象,为Controller提供经过抽象的业 ...
- sql语句replace函数的使用
SQL中的替换函数replace()使用 语法 REPLACE ( string_expression , string_pattern , string_replacement ) 参数 strin ...
- PowerJob 的故事开始:“玩够了,才有精力写开源啊!”
本文适合有 Java 基础知识的人群 作者:HelloGitHub-Salieri HelloGitHub 推出的<讲解开源项目>系列.经过几番的努力和沟通,终于邀请到分布式任务调度与计算 ...