思考mysql内核之初级系列7---innodb的hash表实现(摘自老杨)

在上一篇里面，bingxi和alex谈到了文件系统管理，在结构体里面出现了两个常用的结构：hash_table_t、UT_LIST_NODE_T。这两个结构比较常用，在本篇里面，bingxi和alex聊了下关于hash_table_t的内容。

对应的文件为：

D:\mysql-5.1.7-beta\storage\innobase\ha\hash0hash.c

D:\mysql-5.1.7-beta\storage\innobase\include\hash0hash.h

1)常用结构体

Bingxi：“alex，我们今天聊下hash表，所谓hash表，常用的就是通过key，然后取模然后丢到相应的bucket里面。假设bucket的数量是13个，key值对应的bucket就是key%13，相同bucket值的放在一个链表里面。这里需要注意一点的是，1和27具有相同的bucket值，会放在同一个bucket里面，因此查找的时候，首先找到对应的桶(bucket)，然后对该桶的链表进行遍历，每个成员里面记录了原始的key，1对应的结构里面有一个字段表示1，27对应的一个结构里面有一个字段表示27，这样就能找到对应的成员。

”

alex：“嗯，是的，bingxi。我们来看下hash表结构。同样地，我们将结构定义的其他元素先忽略，直接看其中的主要成员。如果需要了解其它的成员，则推荐设置debug断点进行调试。

/* The hash table structure */

struct hash_table_struct {

……

ulint n_cells; //hash表的成员数量，也可以称为bucket的数量

hash_cell_t* array; //指向桶的数组

……

};

结构中，就是成员的数量，以及一个数组。因为使用hash表的结构是多种多样的，比如前几篇文章中提到过的buf_pool_t、fil_system_t。这两者都使用到了hash，并且成员结构不一样。对于每个桶对应的指针类型是不确定，因此bucket中记录的指针是void*类型的。

struct hash_cell_struct{

void* node; /* hash chain node, NULL if none */

};

”

Bingxi：“alex，是这样的，这里带来两个问题：1、hash表的n_cells是个素数用于做模操作，在创建的时候提供一个准确的素数是有难度的，2、对应整型的key可以通过key%n_cells的方法来获得对应的桶，那么对于字符串型的如何处理？

”

Alex：“嗯，好吧。在说这两个问题之前，我们先看下hash表的创建过程。我们在函数fil_system_create如下面所示的行中设置一个断点。

system->spaces = hash_create(hash_size); //在此行设置断开

system->name_hash = hash_create(hash_size);

然后启动mysql，执行到该断点处我们可以发现对应的hash_size为50。F11进入该函数体，看看具体是怎么执行的。

/*****************************************************************

Creates a hash table with >= n array cells. The actual number of cells is

chosen to be a prime number slightly bigger than n. */

hash_table_t*

hash_create(

/*========*/

/* out, own: created table */

ulint n) /* in: number of array cells */

{

hash_cell_t* array;

ulint prime;

hash_table_t* table;

ulint i;

hash_cell_t* cell;

//在该例中，我们根据输入值50(n的取值)，得到一个素数151

prime = ut_find_prime(n);

table = mem_alloc(sizeof(hash_table_t));

//sizeof(hash_cell_t)的值为4

//生成一个有151(prime)个桶的数组

array = ut_malloc(sizeof(hash_cell_t) * prime);

//初始化结构成员

table->adaptive = FALSE;

table->array = array;

table->n_cells = prime;

table->n_mutexes = 0;

table->mutexes = NULL;

table->heaps = NULL;

table->heap = NULL;

table->magic_n = HASH_TABLE_MAGIC_N;

/* Initialize the cell array */

//取得每一个bucket成员，将对应的node指针初始化为NULL

for (i = 0; i < prime; i++) {

//hash_get_nth_cell(table, i)的作用是取得第i个成员，即table->array + i

cell = hash_get_nth_cell(table, i);

cell->node = NULL;

}

return(table);

}

执行完成之后，我们生成了system->spaces的hash表，该hash表以space id作为key，接着我们又创建了system->name_hash的hash表，这个根据space name进行hash。我们看下space name对应的hash表创建后的情形，见图1。

从中我们可以看出问题1是已经解决掉了的，根据输入值产生一个素数，另外对于space name这样的字符串型，也是可以的，我们看下面的两个函数调用，调用函数ut_fold_string(name)生成了对应的整型key，插入的时候如此，查找、删除的时候也是如此。

HASH_SEARCH(name_hash, system->name_hash, ut_fold_string(name), space,

0 == strcmp(name, space->name));

HASH_INSERT(fil_space_t, name_hash, system->name_hash,

ut_fold_string(name), space);

HASH_DELETE(fil_space_t, name_hash, system->name_hash,

ut_fold_string(space->name), space);

”

2）常用的函数

Bingxi：“我们继续往下看，怎么进行hash的操作，我们先看hash表的插入操作。继续以space为例，在函数fil_space_create中创建了space结构，然后根据space id、space name插入相应的hash表。

/***********************************************************************

Creates a space memory object and puts it to the tablespace memory cache. If

there is an error, prints an error message to the .err log. */

ibool

fil_space_create(

/*=============*/

/* out: TRUE if success */

const char* name, /* in: space name */

ulint id, /* in: space id */

ulint purpose)/* in: FIL_TABLESPACE, or FIL_LOG if log */

{

……

//创建space结构，并初始化成员值

space = mem_alloc(sizeof(fil_space_t));

space->name = mem_strdup(name);

space->id = id;

……

//将新创建的space结构，根据space id插入system->spaces哈希表。

HASH_INSERT(fil_space_t, hash, system->spaces, id, space);

//将新创建的space结构，根据space name插入system->name_hash哈希表

HASH_INSERT(fil_space_t, name_hash, system->name_hash,

ut_fold_string(name), space);

……

return(TRUE);

}

插入操作调用的是HASH_INSERT宏，我们来看下插入space name哈希表操作的参数值。

//函数调用

HASH_INSERT(fil_space_t, name_hash, system->name_hash,

ut_fold_string(name), space);

//宏定义

#define HASH_INSERT(TYPE, NAME, TABLE, FOLD, DATA)

TYPE：表示插入hash表的结构类型，本例中的类型为fil_space_t

NAME：表示的是拥有同一个bucket值的成员，通过结构体中的该字段来指向拥有同bucket值的下一个成员，这里可以这么认为，space->name_hash用于指向同bucket的下一个成员。

TABLE：需要插入的hash表，这里我们可以看到，我们插入的hash表是system->name_hash

FOLD：也就是我们所说的key，通过ut_fold_string(name)函数将name转为key，本例子中name=’.\ibdata1’

DATA：插入的结构体

如果查对应的bucket中没有其他的同bucket值成员，插入后的情形是什么样的，假设对应的bucket为1（而实际上该例对应的bucket为51，为了绘图的方便，假设为1）。见图2。

从图2中，我们可以看出如下的步骤：

//步骤1，将插入成员的name_hash设置为NULL，也就是说，如果同bucket链表上有多个成员，也是插入到末尾

//(DATA)->NAME = NULL;

Space-> name_hash=NULL

//步骤2：找出所在bucket

//cell3333 = hash_get_nth_cell(TABLE, hash_calc_hash(FOLD, TABLE));

hash_cell_t* cell3333;

int i= hash_calc_hash(ut_fold_string(name), system->name_hash))

cell3333 = hash_get_nth_cell(system->name_hash,i);

//步骤3：如果该bucket上没有其他的成员则将该成员插入

if (cell3333->node == NULL) {

cell3333->node = space;

}

”

Alex：“是这样的，假设我们继续插入一个space，该space对应的bucket值也为1。那么执行到上面的步骤3不符合条件的时候，需要执行步骤4

//步骤4：如果有其它成员，则将新结点插入到末尾

struct3333 = cell3333->node;

//取得链表上最后一个结点

while (struct3333->name_hash != NULL) {

struct3333 = struct3333->name_hash; //取得下一个结点

}

//将新结点插入到最后一个结点之后

struct3333->name_hash = space;

假设name为’.\itest’，对应的情形见图3.

完整的代码如下：

/***********************************************************************

Inserts a struct to a hash table. */

#define HASH_INSERT(TYPE, NAME, TABLE, FOLD, DATA)\

do {\

hash_cell_t* cell3333;\

TYPE* struct3333;\

\

HASH_ASSERT_OWNED(TABLE, FOLD)\ //这个是个断言，不考虑

\

(DATA)->NAME = NULL;\ //将新结点的指向的下一个结点设置为NULL

\ //找到对应的bucket

cell3333 = hash_get_nth_cell(TABLE, hash_calc_hash(FOLD, TABLE));\

\ //如果bucket成员为空，则直接插入，否则插入到最后一个结点之后

if (cell3333->node == NULL) {\

cell3333->node = DATA;\

} else {\

struct3333 = cell3333->node;\

\

while (struct3333->NAME != NULL) {\

\

struct3333 = struct3333->NAME;\

}\

\

struct3333->NAME = DATA;\

}\

} while (0)

”

Alex：“嗯，是这样的。我们再看看查找吧。假设这里需要查找的是.\itest对应的space结构。

Creates a space memory object and puts it to the tablespace memory cache. If

there is an error, prints an error message to the .err log. */

ibool

fil_space_create(

/*=============*/

/* out: TRUE if success */

const char* name, /* in: space name */

ulint id, /* in: space id */

ulint purpose)/* in: FIL_TABLESPACE, or FIL_LOG if log */

{

……

//查看指定name的space是否存在，假设这里的name为.\itest

HASH_SEARCH(name_hash, system->name_hash, ut_fold_string(name), space,

0 == strcmp(name, space->name));

……

return(TRUE);

}

同样地，HASH_SEARCH也是宏定义，我们用相应的c伪码来查看。从中我们可以看出首先找到对应的bucket，如果没有成员，则查找的space为空

my_key=ut_fold_string('.\itest');

void hash_search(name_hash,system->name_hash,my_key,space,0 == strcmp(name, space->name))

{

HASH_ASSERT_OWNED(system->name_hash, my_key); //可以忽略

//取得fold对应的对应的key数据桶值

//取得对应的桶

bucket_id=hash_calc_hash(my_key, system->name_hash)

//取得第一个元素

space = HASH_GET_FIRST(system->name_hash, bucket_id);

while(space != NULL)

{

//因为不同的值，可能属于同一个桶，因此需要判断名称是不是相等

//比如图3中的第一个成员的space->name='.\ibdata1'，不相等

//获取下一个成员之后，再判断该条件，就相等了

if(0 == strcmp('.\itest', space->name)) //注意，第一个参数name是前面传递过来的

｛

break; //表示已经找到了对应的元素

｝

else

｛

//取得链表中的第一个元素

//space = HASH_GET_NEXT(name_hash, space);

space=space->name_hash;

｝

}

//如果该桶没有元素或者没有匹配的成员，则space为NULL

}

查看HASH_SEARCH的定义，我们可以更容易的理解。

/************************************************************************

Looks for a struct in a hash table. */

#define HASH_SEARCH(NAME, TABLE, FOLD, DATA, TEST)\

{\

\

HASH_ASSERT_OWNED(TABLE, FOLD)\

\ //找到对应bucket的第一个成员

(DATA) = HASH_GET_FIRST(TABLE, hash_calc_hash(FOLD, TABLE));\

\

while ((DATA) != NULL) {\

if (TEST) {\ //要符合TEST条件

break;\

} else {\

(DATA) = HASH_GET_NEXT(NAME, DATA);\

}\

}\

}

”

styl