【Redis深入】字典rehash图解

引入

在讲rehash之前，我们先回顾一下字典的结构

1.字典dict.h/dict的源码

/*
 * 字典
 */
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 */

    // 目前正在运行的安全迭代器的数量
    int iterators; /* number of iterators currently running */

} dict;

2.哈希表dict.h/dictht的源码

/* This is our hash table structure. Every dictionary has two of this as we
 * implement incremental rehashing, for the old to the new table. */
/*
 * 哈希表
 *
 * 每个字典都使用两个哈希表，从而实现渐进式 rehash 。
 */
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;

3.哈希表节点dict.h/dictEntry的源码

/*
 * 哈希表节点
 */
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;

4.一个普通的字典结构（没有进行rehash）

rehash过程图解

1.进行rehash的原因

随着操作的不断进行，哈希表保存的键值对会逐渐的增多或减少，为了让哈希表的负载因子维持在一个合理的范围内，当哈希表保存的键值对数量太多或太少，就对哈希表进行扩展或收缩。

2.rehash的步骤

（1）为字典的ht[1]哈希表分配空间

• 若是扩展操作，那么ht[1]的大小为>=ht[0].used*2的2^n
• 若是收缩操作，那么ht[1]的大小为>=ht[0].used的2^n

（2）将保存在ht[0]中的所有键值对rehash到ht[1]中，rehash指重新计算键的哈希值和索引值，然后将键值对放置到ht[1]哈希表的指定位置上。

（3）当ht[0]的所有键值对都迁移到了ht[1]之后（ht[0]变为空表），释放ht[0]，将ht[1]设置为ht[0],新建空白的哈希表ht[1]，以备下次rehash使用。

3.rehash图解

（1）执行rehash之前的字典

（2）ht[0].used的值为4，而4*2=8，大于等于它的2^n是8，所以将ht[1]的大小设置为8

（3）将ht[0]的四个键值对都rehash到ht[1]中，这时ht[0]为null

（4）释放ht[0]，并将ht[1]设置为ht[0]，然后为ht[1]分配一个空白的哈希表，哈希表大小由4扩容为8

4.扩展与收缩的条件

• 当以下条件满足任意一个时，程序就会对哈希表进行扩展操作

  • 服务器目前没有执行bgsave或bgrewriteaof命令，并且哈希表的负载因子>=1
  • 服务器目前正在执行bgsave或bgrewriteaof命令，并且哈希表的负载因子>=5

• 负载因子的计算
  load_factor=ht[0].used/ht[0].size

• 当负载因子的值小于0.1时，程序就会对哈希表进行收缩操作

渐进式rehash

1.渐进式rehash的原因

整个rehash过程并不是一步完成的，而是分多次、渐进式的完成。如果哈希表中保存着数量巨大的键值对时，若一次进行rehash，很有可能会导致服务器宕机。

2.渐进式rehash的步骤

• 为ht[1]分配空间，让字典同时持有ht[0]和ht[1]两个哈希表
• 维持索引计数器变量rehashidx，并将它的值设置为0，表示rehash开始
• 每次对字典执行增删改查时，将ht[0]的rehashidx索引上的所有键值对rehash到ht[1]，将rehashidx值+1。
• 当ht[0]的所有键值对都被rehash到ht[1]中，程序将rehashidx的值设置为-1，表示rehash操作完成

注：渐进式rehash的好处在于它采取分为而治的方式，将rehash键值对的计算均摊到每个字典增删改查操作，避免了集中式rehash的庞大计算量。

3.渐进式rehash图解

• 渐进式rehash之前的字典

• rehash索引0上的键值对

• rehash索引1上的键值对

• rehash索引2上的键值对

• rehash索引3上的键值对

• 渐进式rehash完成

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衷心的感谢您能耐心的读完本篇博文！

参考书籍：《Redis设计与实现（第二版）》—黄健宏