第四章 字典

在字典中，一个键(key)可以和一个值(value)进行关联（或者说将键映射为值），这些关联的键和值就称为键值对。

4.1 字典的实现

　　Redis的字段使用哈希表作为底层实现。

　　4.1.1 哈希表

typedef struct ditch{
    //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，等于size-1
    unsigned long sizemask;

    //该哈希表已有节点的数量
   unsigned long used;

}dictht;

 

　　table是一个数组，其中每个元素是指向一个哈希表节点的指针。

　　size记录了table的大小。sizemask和哈希值一起决定一个键应该被放到table数组的哪个索引上。

　　4.1.2 哈希表节点

　　每个dictEntry结构保存着一个键值对。其中值可以是一个指针，或者uint64_t整数，或者int64_t整数。next属性指向另一个哈希表节点的指针，这个指针可以将多个哈希值相同的键值对连接在一起，解决哈希冲突的问题。

typedef struct dictEntry{
    //键
    void *key;
    
    //值
    union{
        void *val;
        uint64_t u64;
        int64_t s64;
    }v;
 
    //指向下一个哈希表节点，形成链表
    struct dictEntry *next;

}dictEntry;

 

　　4.1.3 字典

　　Redis中的字典结构：

typedef struct dict{
    //类型特定函数
    dictType *type;

    //私有数据
    void *privdata;

    //哈希表
    dicht ht[2];

    //rehash 索引，当rehash不在进行时，值为-1  
    int trehashidx;
}dict

 

　　type和privdata是为了多态字典而设计的，其中type指向了一个dictType结构，里面定一个了一系列操作键值对的函数，而privdata存放了函数需要的入参。

typedef struct dictType{
    //计算哈希值的函数
    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);

    //对比键的函数
   int (*keyCompare)(void *privdata, const void *key1, const void *key2);
  
    //销毁键的函数
    void (*keyDestructor)(void *privdata, void *key);

    //销毁值的函数
    void (*valDestructor)(void *privdata, void *obj);
}dictType;

 

　　ht属性是一个包含两个项的数组，数组中的每个项都是一个dictht哈希表，一般情况下，字典只使用ht[0]哈希表，ht[1]哈希表只会在rehash时使用，rehashidx记录了rehash的进度。

4.2 哈希算法

　　先计算key的哈希值，根据哈希值和sizemask计算索引值。根据索引值将键存放到指定位置。

4.3 解决键冲突

　　当有两个及以上的键被分到同一个索引上时，产生了哈希冲突，Redis的解决方法是链地址法，将冲突的部分排成链表。因为没有指向链表表尾的指针，出于速度考虑，最新插入的放在表头位置。

4.4 rehash

1. 为ht[1]分配空间
   1. 如果是扩展操作，取第一个大于等于ht[0].used*2的2的n次方幂
   2. 如果是收缩操作，取第一个大于等于ht[0].used的2的n次方幂
2. 将ht[0]中的键值对重新映射到ht[1]中
3. 将ht[0]空间释放，将ht[1]设置为h[0]，将ht[0]设置为ht[1]，并在ht[1]处创建一个新的空白哈希表，为下次rehash做准备

4.5 渐进式rehash

　　渐进是指当键值对太多的情况，并不会一次全部重新分配完。

1. 为ht[1]分配空间，字典同是持有ht[0]和ht[1]两个哈希表
2. 将rehashidx初始化为0
3. 每次对字典执行增删改查操作时，程序还会额外将ht[0]表在rehashidx索引上所有的键值对rehash到ht[1]中，当操作完毕时，将rehashidx+1
4. 最终，ht[0]的所有键值对全部迁移完，将rehashidx重置为-1

　　在渐进rehash期间，新增的键值对，一律保存在ht[1]中。删改查则先在ht[0]中查找，未找到再去ht[1]中查找。