Redis学习笔记：字典

概述

字典，又称为符号表（symbol table）、关联数组（associative array）或映射（map），是一种用于保存键值对（key-value pair）的抽象数据结构。字典在Redis中的应用相当广泛，比如Redis的数据库就是使用字典来作为底层实现的，对数据库的增、删、查、改操作也是构建在对字典的操作之上的。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。

实现

Redis字典所使用的哈希表由dict.h/dictht结构定义：

cpp 复制代码

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-1unsigned  
    long sizemask;
    //该哈希表已有节点的数量
    unsigned long used;
} dictht;

哈希表节点使用dictEntry结构表示，每个dictEntry结构都保存着一个键值对：

cpp 复制代码

typedef struct dictEntry{
    //键
    void *key;
    //值
    union{
        void *val;
        uint64_tu64;
        int64_ts64;
    }v;

    //指向下个哈希表节点，形成链表，解决冲突
    struct dictEntry *next;
} dictEntry;

Redis使用链地址法解决哈希冲突，新节点接入链表时使用头插法，头插法的优点是速度快，因为Redis命令是单线程执行的，所以不会出现链表成环问题。如图展示了如何通过next指针，将两个索引值相同的键k1和k0连接在一起：

Redis中的字典由dict.h/dict结构表示：

cpp 复制代码

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，非rehash不状态值为-1
    in  trehashidx; 
}  dict;

type属性和privdata属性是针对不同类型的键值对，为创建多态字典而设置的，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 $1$ 哈希表只会在对ht $0$ 哈希表进行rehash时使用。除了ht $1$ 之外，另一个和rehash有关的属性就是rehashidx，它记录了rehash目前的进度，如果目前没有在进行rehash，那么它的值为-1。

rehash

随着操作的不断执行，哈希表保存的键值对会逐渐地增多或者减少，为了让哈希表的负载因子维持在一个合理的范围之内，当哈希表保存的键值对数量太多或者太少时，程序需要对哈希表的大小进行相应的扩展或者收缩。扩展和收缩哈希表的工作可以通过执行rehash操作来完成，Redis对字典的哈希表执行rehash的步骤如下：

为字典的ht $1$ 哈希表分配空间，相对ht $0$ 扩展或者收缩。
将保存在ht $0$ 中的所有键值对rehash到ht $1$ 上。
当ht $0$ 包含的所有键值对都迁移到了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，为下一次rehash做准备。

渐进式rehash

rehash动作并不是一次性、集中式地完成的，而是分多次、渐进式地完成的。这样做的原因在于，如果哈希表里保存着大量的键值对，一次性将这些键值对全部rehash到ht $1$ 的话，庞大的计算量可能会导致服务器在一段时间内停止服务。因此，为了避免rehash对服务器性能造成影响，服务器不是一次性将ht $0$ 里面的所有键值对全部rehash到ht $1$ ，而是分多次、渐进式地将ht $0$ 里面的键值对慢慢地rehash到ht $1$ 。

以下是哈希表渐进式rehash的详细步骤：

为ht $1$ 分配空间，让字典同时持有ht $0$ 和ht $1$ 两个哈希表。
在字典中维持一个索引计数器变量rehashidx，并将它的值设置为0，表示rehash工作正式开始。
在rehash进行期间，每次对字典执行添加、删除、查找或者更新操作时，程序除了执行指定的操作以外，还会顺带将ht $0$ 哈希表在rehashidx索引上的所有键值对rehash到ht $1$ ，当rehash工作完成之后，程序将rehashidx属性的值增一。
随着字典操作的不断执行，最终在某个时间点上，ht $0$ 的所有键值对都会被rehash至ht $1$ ，这时程序将rehashidx属性的值设为-1，表示rehash操作已完成。

在进行渐进式rehash的过程中，字典会同时使用ht $0$ 和ht $1$ 两个哈希表，所以在渐进式rehash进行期间，字典的删除、查找、更新等操作会在两个哈希表上进行。例如，要在字典里面查找一个键的话，程序会先在ht $0$ 里面进行查找，如果没找到的话，就会继续到ht $1$ 里面进行查找，诸如此类。另外，新添加到字典的键值对一律会被保存到ht $1$ 里面，而ht $0$ 则不再进行任何添加操作，这一措施保证了ht $0$ 包含的键值对数量会只减不增，并随着rehash操作的执行而最终变成空表。

参考

《Redis设计与实现》