redis学习之三字典

之前相关联文章：
redis学习之一SDS
redis学习之二链表

说明：本文是基于redis2.9版本

一 字典相关的数据结构

哈希表定义：

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;

哈希表节点定义：

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;

字典定义：

typedef struct dict{
    //类型函数
    dictType *type;
    //私有数据
    void *private;
    //哈希表
    dictht ht[2];
    //rehash索引，当rehash不再进行时值为-1，
    //每次进行rehash时，rehashidx的值就是对应ht[0]里dictht中dictEntry数组的索引
    int rehashidx;
}dict;

下面是没有进行rehash的字典意识图：

redis使用MurmurHash2算法来计算键的哈希值，使用链地址法解决键冲突。
参考：hash冲突解决方式

rehash与渐进式rehash

二 扩容与缩容过程
当哈希表保存的键值对数量太多或太少的时候，哈希表会进行扩展或收缩。rehash的步骤如下：

1. 将保存在ht[0]中的所有键值对rehash到ht[1]上面，在这个过程中会重新计算键的哈希值与索引值。
2. 当ht[0]所有键值都迁移到了ht[1]之后，释放ht[0]，将ht[1]设置为ht[0]，并在ht[1]新创建一个空白哈希表，为下次rehash做准备。

三 扩容与缩容的时机

1. 服务器没有执行BGSAVE或BGREWRITEAOF命令，且哈希表的负载因子大于等于1进行扩容。
2. 服务器正在执行BGSAVE或BGREWRITEAOF命令，且哈希表的负载因子大于等于5进行扩容。
3. 哈希表的负载因子小于0.1进行缩容。

负载因子大于1说明是出现过hash冲突，键值对保存在链表上。

四 渐进式rehash

考虑到redis服务性能，rehash并不是一次性集中进行而是分多次渐进式进行的，步骤如下：

1. 为ht[1]分配空间，让字典同时持有ht[0] ht[1]两个哈希表。
2. 将上面定义的dict结构里的rehashidx值设置为0，表示rehash开始进行。
3. 每次对字典进行添加、删除、查找或更新时，除了进行这些操作外，还会将ht[0]在rehashidx索引上的所有键值对rehash到ht[1]，rehash的过程上中rehashidx值为增1。
4. ht[0]里所有键值对rehash到ht[1]后，将rehashidx值置为-1，rehash结束。

下面是两rehash的过程图：

这个还没进行rehash，所以这里的rehashidx值为-1，注意ht[0]里dictEntry里的值。

这里rehashidx值为3，这是在对ht[0]里dictEntry里第3个键值对（k1,v1）进行rehash。

五 渐进式rehash期间处理用户命令
在渐进式rehash期间，字典的删除，查找，更新会在两个表上进行。比如查找一个key会先到ht[0]上进行查找，要是没有会接着去ht[1]上查找。需要说明一点的是如果执行的是添加操作则只会在ht[1]上进行，这样可以保证ht[0]里的键值对数量只减不增。

此文大部分内容都来自于黄健宏《Redis设计与实现》一书