Redis数据结构：字典（hash表）

使用场景：

# set person name "tom"

# set person name "jerry"

1. 字典结构：

哈希表数据结构

typedef struct dictht {
    //哈希表数组，存的是哈希值
    dictEntrry **table;
    
    //哈希表大小(table的大小)
    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;

哈希表节点数据结构

typedef struct dictEntry {
    //键
    void *key;

    //值
    union {
        //值可以是一个指针
        void *val;
        //也可以是一个uint64_t整数
        uint64_tu64;
        //也可以是int64_t整数
        int64_ts64;
    } v;
    //指向下个哈希表节点，形成链表，用来使用拉链法解决哈希冲突
    struct dictEntry *next;

} dictEntry;

字典数据结构

typedef struct dict {
    //类型特定函数(保存了一些操作特定类型键值对函数)
    dictType *type;
    
    //私有数据(保存了传给特定函数的一些参数)
    void *privdata;

    //哈希表(一般使用ht[0]哈希表，ht[1]是在rehash时使用)
    dictht ht[2];

    //rehash 索引(记录了rehash的进度，不rehash时，值为-1)
    int trehashidx;

} dict;

2. 哈希算法：

当添加一个新键值时，会先根据键计算出哈希值和索引值，然后将新键值节点放到指定索引上(dictEntry*[index])。

计算哈希值：hash = dict -> type -> hashFunction(key);

计算索引值：index = hash & dict -> ht[x].sizemask;

3. 解决哈希冲突：

当键冲突时，使用next指针将新键连接起来。注意：为了速度考虑，程序会将新节点添加到链表的表头位置。

4. rehash：

随着数据的增多和减少，为了让哈希表的负载因子维持在一个合理的范围，需要对哈希表进行扩展和收缩。

负载因子：load_factor = ht[0].used / ht[0].size

rehash扩展触发条件：

1). 服务器目前没有在执行BGSAVE命令或者BGREWRITEAOF命令，并且负载因子大于等于1。

2). 服务器目前正在执行BGSAVE命令或者BGREWRITEAOF命令，并且负载因子大于等于0.5。

rehash收缩触发条件：负载因子小于0.1。

步骤如下：

1). 在没有rehash时，字典只使用ht[0]。在rehash时，程序会对ht[1]分配空间。

扩展：ht[1]的大小为第一个大于等于ht[0].used * 2的2^n (2的n次方幂)；

收缩：ht[1]的大小为第一个大于等于ht[0].used的2^n；

2).  将ht[0]的所有数据全部rehash到ht[1]上面，rehash指的是重新计算键的哈希值和索引值，然后放到ht[1]的指定位置上。

3). 当ht[0]上的数据全部迁移到ht[1]后，释放ht[0]，将ht[1]置为ht[0]，并在ht[1]上新建一个空的哈希表，为下一次rehash做准备。

5.  渐进式rehash（rehash的优化，触发条件由负载因子决定，如上）

当哈希表的键值对数量巨大时，一次rehash会非常耗时，为了避免对服务器性能造成影响，服务器采用分批次、渐进式的将ht[0]里面的键值对慢慢的rehash到ht[1]。

步骤：

1）为ht[1]分配空间，字典同时持有ht[0]和ht[1]。

2）字典中设置一个计数器rehashidx，当值为0时，表示rehash开始。

3）在rehash期间，每次增删改查时，程序还会顺带将ht[0]在rehashidx索引上的所有键值对rehash到ht[1]，当rehash完成后，rehashidx增一。(这里是将table上对应的某条索引值指向的数据节点链表迁移到ht[1]中，th[0].table[rehashidx]数据就空了)

4）随着操作的不断执行，ht[0]上的所有键值对都会被rehash到ht[1]上，这时rehashidx为-1，表示rehash完成。

注意：

1）在rehash执行期间，新数据会保存到ht[1]里面，而ht[0]不进行添加操作，这样，ht[0]里的数据会逐渐迁移到ht[1]，直到ht[0]清空。

2）在rehash执行期间，查找某个键时，会先从ht[0]中查找，如果没找到就去ht[1]里面查找。