Redis源码学习之【哈希字典】

介绍

Redis的哈希字典通过key值来找对应的value。需要注意的是Redis的字典是如何进行rehash的。

源码

dict.h dict.c

数据结构

如上图所示，哈希字典用dict结构体表示，其中含有两个哈希表，主要用于进行rehash操作。同时哈希表使用量表的方式解决冲突。具体的数据结构如下：

/*
 * 哈希表节点
 */
typedef struct dictEntry {

    // 键
    void *key;

    // 值
    union {
        void *val;
        uint64_t u64;
        int64_t s64;
    } v;

    // 链往后继节点
    struct dictEntry *next; 

} dictEntry;

/*
 * 特定于类型的一簇处理函数
 */
typedef struct dictType {
    // 计算键的哈希值函数
    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);
    // 对比两个键的函数
    int (*keyCompare)(void *privdata, const void *key1, const void *key2);
    // 键的释构函数
    void (*keyDestructor)(void *privdata, void *key);
    // 值的释构函数
    void (*valDestructor)(void *privdata, void *obj);
} dictType;

/*
 * 哈希表
 */
typedef struct dictht {

    // 哈希表节点指针数组（俗称桶，bucket）
    dictEntry **table;      

    // 指针数组的大小
    unsigned long size;     

    // 指针数组的长度掩码，用于计算索引值
    unsigned long sizemask; 

    // 哈希表现有的节点数量
    unsigned long used;     

} dictht;

/*
 * 字典
 *
 * 每个字典使用两个哈希表，用于实现渐进式 rehash
 */
typedef struct dict {

    // 特定于类型的处理函数
    dictType *type;

    // 类型处理函数的私有数据
    void *privdata;

    // 哈希表（2个）
    dictht ht[2];       

    // 记录 rehash 进度的标志，值为-1 表示 rehash 未进行
    int rehashidx;

    // 当前正在运作的安全迭代器数量
    int iterators;      

} dict;

/*
 * 字典迭代器
 *
 * 如果 safe 属性的值为 1 ，那么表示这个迭代器是一个安全迭代器。
 * 当安全迭代器正在迭代一个字典时，该字典仍然可以调用 dictAdd 、 dictFind 和其他函数。
 *
 * 如果 safe 属性的值为 0 ，那么表示这不是一个安全迭代器。
 * 如果正在运作的迭代器是不安全迭代器，那么它只可以对字典调用 dictNext 函数。
 */
typedef struct dictIterator {

    // 正在迭代的字典
    dict *d;                

    int table,              // 正在迭代的哈希表的号码（0 或者 1）
        index,              // 正在迭代的哈希表数组的索引
        safe;               // 是否安全？

    dictEntry *entry,       // 当前哈希节点
              *nextEntry;   // 当前哈希节点的后继节点
} dictIterator;

分析

rehash

在字典中使用了两个hash表就是为了方便进行rehash的，rehash主要有两种方式，一是由后台调用cron进行按照100步进进行hash，二是在进行添加删除字典中的元素的时候进行1步的hash。

这里每一次的hash的步进是以真个hash key对应的链表为单位的，也就是说1步进的rehash是将原来hash表中的一个key链表进行rehash到新的哈希表中的位置。这里可以看出Redis在此处是牺牲了内存但是换来了性能的响应。将rehash进行分散操作可以避免阻塞导致的性能急剧下降。

迭代器

迭代器的属性如果是安全的则表明可以在迭代的过程中进行dictAdd等其他的操作，而如果迭代器是不安全的则只能进行next的操作。

同时Redis限制在有迭代器访问字典的时候进行rehash，因为这样会造成对一个元素访问多次。但是在rehash的过程中可以随时的对字典进行遍历，一旦迭代器开始遍历字典了，rehash就会暂停知道没有迭代器在对字典进行遍历为止。