Redis数据结构 — Dict

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Dict结构设计 — rehash

rehash触发机制

Dict扩容

Dict收缩

​编辑渐进式 rehash

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哈希表优点在于，它能以 O(1) 的复杂度快速查询数据。为解决哈希冲突，Redis 采用了「链式哈希」来解决哈希冲突，在不扩容哈希表的前提下，将具有相同哈希值的数据串起来，形成链接起，以便这些数据在表中仍然可以被查询到。

Dict结构设计 — rehash

在实际使用哈希表时，Redis 定义一个 dict 结构体里包含了两个哈希表（ht[2]），即rehash。Dict由三部分组成，分别是：哈希表（DictHashTable）、哈希节点（DictEntry）、字典（Dict）

问：rehash为什么用两个Dict结构
答：当触发rehash条件时，自动进行扩容或收缩

rehash触发机制

Dict在每次新增键值对时都会检查负载因子，对应于源码为【used / size】：

满足以下两种情况时会触发哈希表扩容：

• 当负载因子大于等于 1 ，并且 Redis 没有在执行 bgsave 命令或者 bgrewiteaof 命令，也就是没有执行 RDB 快照或没有进行 AOF 重写的时候，就会进行 rehash 操作。
• 当负载因子大于等于 5 时，此时说明哈希冲突非常严重了，不管有没有有在执行 RDB 快照或 AOF 重写，都会强制进行 rehash 操作。

满足以下情况时会触发哈希表收缩：

• 每次删除成功时，也会对负载因子做检查，当LoadFactor < 0.1 时，会做哈希收缩

Dict扩容

在正常服务请求阶段，当向Dict添加键值对时，Redis首先根据Key计算出hash值，然后利用hash值 & sizemask做与运算确定插入的索引位置(下标)<也是因为这个与运算，使得size必须是2的n次方>，都会写入到【哈希表 1】，此时的【哈希表 2 】并没有被分配空间。当触发rehash扩容条件时，触发rehash扩容，这个过程分为四步：

• 给【哈希表 2 】分配空间，一般会比【哈希表 1】大 2 倍；
• 将【哈希表 1】的数据重新做映射计算哈希值求下标，然后迁移到【哈希表 2 】中；
• 迁移完成后，【哈希表 1】的空间会被释放，并把【哈希表 2 】赋值给【哈希表 1】
• 然后给【哈希表 2 】初始化为一个空白的哈希表，为下次 rehash 做准备。

扩容源码片段：

Dict收缩

每次删除数据成功时，判断是否负载因子小于0.1,进行哈希表收缩。

渐进式 rehash

情景：如果【哈希表 1】的数据量非常大，那么在迁移至【哈希表 2 】的时候，因为会涉及大量的数据拷贝，此时可能会对 Redis 造成阻塞，无法服务其他请求。

为了避免 rehash 在数据迁移过程中，因拷贝数据的耗时，影响 Redis 性能的情况，所以 Redis 采用了渐进式 rehash，也就是将数据的迁移的工作不再是一次性迁移完成，而是分多次迁移。

渐进式 rehash 步骤如下：

1. 给【哈希表 2 】 分配空间；
   若是扩容，则新size为第一个大于等于(【哈希表 1】的used+1)的2的n次方<2的n次方与计算哈希表下标有关，上文有提>
   若是收缩，则新size为第一个大于等于(【哈希表 1】的used)的2的n次方<不能小于4>
2. 在渐进式 rehash 进行期间，每次哈希表元素进行新增、删除、查找或者更新操作时，Redis 除了会执行对应的操作之外，还会顺序将「哈希表 1 」中索引位置上的所有 key-value 迁移到「哈希表 2」 上；
3. 随着处理客户端发起的哈希表操作请求数量越多，最终在某个时间点会把「哈希表 1 」的所有 key-value 迁移到「哈希表 2」，从而完成 rehash 操作

在渐进式 rehash的过程中，增删改查执行机制：

• 查找、删除、修改一个 key 的值的话，先会在「哈希表 1」 里面进行操作，如果没找到，就会继续到哈希表 2 里面进行操作。
• 新增一个 key-value 时，会被保存到「哈希表 2 」里面，而「哈希表 1」 则不再进行任何添加操作