Redis哈希表的实现要点

Redis哈希表的实现要点

哈希算法的选择

针对不同的key使用不同的hash算法，如对整型、字符串以及大小写敏感的字符串分别使用不同的hash算法；

整型的Hash算法使用的是Thomas Wang's 32 Bit / 64 Bit Mix Function ，这是一种基于位移运算的散列方法。基于移位的散列是使用Key值进行移位操作。通常是结合左移和右移。每个移位过程的结果进行累加，最后移位的结果作为最终结果。这种方法的好处是避免了乘法运算，从而提高Hash函数本身的性能。

unsigned int dictIntHashFunction(unsigned int key)
{
    key += ~(key << 15);
    key ^=  (key >> 10);
    key +=  (key << 3);
    key ^=  (key >> 6);
    key += ~(key << 11);
    key ^=  (key >> 16);
    return key;
}

字符串使用的MurmurHash算法，MurmurHash算法具有高运算性能，低碰撞率的特点，由Austin Appleby创建于2008年，现已应用到Hadoop、libstdc++、nginx、libmemcached等开源系统。2011年Appleby被Google雇佣，随后Google推出其变种的CityHash算法。
murmur是 multiply and rotate的意思，因为算法的核心就是不断的乘和移位（x *= m; k ^= k >> r;）

unsigned int dictGenHashFunction(const void *key, int len) {
    /* 'm' and 'r' are mixing constants generated offline.
     They're not really 'magic', they just happen to work well.  */
    uint32_t seed = dict_hash_function_seed;
    const uint32_t m = 0x5bd1e995;
    const int r = 24;

    /* Initialize the hash to a 'random' value */
    uint32_t h = seed ^ len;

    /* Mix 4 bytes at a time into the hash */
    const unsigned char *data = (const unsigned char *)key;

    while(len >= 4) {
        uint32_t k = *(uint32_t*)data;

        k *= m;
        k ^= k >> r;
        k *= m;

        h *= m;
        h ^= k;

        data += 4;
        len -= 4;
    }

    /* Handle the last few bytes of the input array  */
    switch(len) {
    case 3: h ^= data[2] << 16;
    case 2: h ^= data[1] << 8;
    case 1: h ^= data[0]; h *= m;
    };

    /* Do a few final mixes of the hash to ensure the last few
     * bytes are well-incorporated. */
    h ^= h >> 13;
    h *= m;
    h ^= h >> 15;

    return (unsigned int)h;
}

一个好的hash算法需要满足两个条件：
1) 性能高，运算足够快；
2) 相邻的数据hash后分布广；即使输入的键是有规律的，算法仍然能给出一个很好的随机分布性；
比如：murmur计算"abc"是1118836419，"abd"是413429783。而使用Horner算法，"abc"是96354， "abd"就比它多1（96355）；

rehash

负载因子 = 当前结点数/桶的大小，超过1表示肯定有碰撞了；碰撞的结点，通过链表拉链起来；

所有哈希表的初始桶的大小为4，根据负载因子的变化进行rehash，重新分配空间（扩展或收缩）

当hash表的负载因子超过1后，进行扩展（小于0.01时，进行收缩）；
所谓扩展，就是新建一个hash表2，将桶的数量增大（具体增大为：第一个大于等于usedSize的2的n次冥）；然后将hash表1中结点都转移到hash表2中；

rehash的触发条件：
当做BGSAVE或BGREWRITEEOF时，负载因子超过5时触发rehash，
没有BGSAVE或BGREWRITEEOF时，负载因子超过1时触发rehash；

在BGSAVE或BGREWRITEEOF时，使用到Linux的写时复制，如果这时候做rehash，将会好用更多的内存空间（没有变化的结点用一份，变化的结点复制一份）

渐进式rehash

一个hash表中的数据可能有几百上千万，不可能一次rehash转移完，需要分批逐渐转移；
在rehash的过程中，对redis的查询、更新操作首先会在hash0中查找，没有找到，然后转到hash1中操作；
对于插入操作，直接插入到hash1中；最终目标是将hash表1变为空表，rehash完成；

value的存储

键值对的实现，value 是一个union，对整型和字符串使用不同的存储对象；

// 键
void *key;

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

ref：
《Hash 函数概览》http://www.oschina.net/translate/state-of-hash-functions
《redis设计与实现》

Posted by: 大CC | 18NOV,2015
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