Redis之字典

字典

字典，类似于map，是一种用于保存键值对（key-value）的抽象数据结构

在redis的字典中，每个键都是独一无二的。

字典在Redis中的应用非常广泛，比如Redis的底层数据结构就是使用字典来实现的，对数据库的增删改查也是构建在对字典的操作之上的。

举个🌰，当我们执行命令：

set msg "hello world"

在数据库中创建了一个键为"msg"，值为"hello world"的键值对

除了用来表示数据库之外，字典还是哈希键的底层实现之一，当一个哈希键包含的键值对比较多，又或者键值对中的元素都是比较长的字符串时，Redis就会使用字典作为哈希键的底层实现。

字典的实现

哈希表

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;

可以看到，哈希表中有一个table，table中存放着dictEntry，每个dictEnty存放着一个键值对

哈希表节点

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;

需要注意的是，dictEntry中有一个属性是next，指向下一个哈希表节点，可以将多个哈希值相同的键值对链接在一起，形成链表。

由于dictEntry中并没有存储尾节点信息，为了快速插入，redis是将新的节点插在已有节点的头部（跟Java中Hashmap不同！）

字典

typedef struct dict {

    // 类型特定函数
    dictType *type;

    // 私有数据
    void *privdata;

    // 哈希表
    dictht ht[2];

    // rehash 索引
    // 当 rehash 不在进行时，值为 -1
    int rehashidx; /* rehashing not in progress if rehashidx == -1 */

} dict;

ht是一个包含两个哈希表的数组，一般情况下字典只使用ht[0],只有在对ht[0]的哈希表进行rehash时才会使用ht[1]

rehash

随着操作的不断执行，哈希表保存的键值对会逐渐增多或者减少，为了让哈希表的负载因子（ 哈希表已保存的节点数目/哈希表的size）维持在一个合理的范围之内，会对哈希表的大小进行相应的扩展和收缩，此时需要进行rehash

步骤如下：

1.为ht[1]哈希表分配空间

2.将保存在ht[0]中的所有键值对rehash到ht[1]上，rehash指重新计算键的哈希，然后放在指定索引位置

3.当ht[0]所有的键值对都迁移到ht[1]之后，释放ht[0]，将ht[1]设置为ht[0]，并重新创建一个空白哈希表h[1]

需要注意的是，rehash的过程不是一次性完成，而是采用渐进的方式。想象如果字典中保存有大量的键值对，如果需要一次性将这些键值对全部rehash到ht[1]中，会导致服务器在一段时间内停止服务。因此redis采用渐进式的rehash过程。首先为ht[1]分配空间，把rehashidx置为0表示rehash开始，在rehash期间每次对字典执行添加，删除，查找或更新的操作时，会将rehashidx索引处的键值对rehash，同时rehashidx++。所有键值对都完成rehash后，把rehashidx置为-1。在rehash的过程中，对字典执行的删除，查找，更新操作会同时在两个哈希表上进行，但对字典进行的添加操作只会在ht[1]上进行。