hash java实现 redis redis hash 底层实现

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boyboy 2023-08-18 20:57:07

文章标签 hash java实现 redis redis 数据库 sed Redis 文章分类 Java 后端开发

文章目录

1. Dict

1.1 Dict的实现
1.2 Dict扩容
1.3 Dict收缩
1.4 Dict的rehash
2.5 总结

1. Dict

Redis 是一个键值型的数据库，可以根据键实现快速的增删改查，而键与值得映射关系正式通过Dict来实现的。

1.1 Dict的实现

Dict由三部分组成：哈希表（DictHashTable）、哈希节点（DIctEntry）、字典（Dict）

Redis 的 Dict 使用哈希表作为底层实现，一个哈希表里面可以有多个哈希表节点，而每个哈希表节点就保存了字典中的一个键值对。接下来我们来介绍一下它们的实现

DictHashTable

typedef struct dictht {
	// entry数组，数组中保存的是指向entry的数组的指针
	dictEntry **table;
	// 哈希表大小
	unsigned long size;
	// 哈希表大小的掩码，总是等于 size-1
	unsigned long sizemask;
	// 该哈希表已有的节点的数量
	unsigned long used;
} dictht;

DictEntry
如果出现hash冲突，这里采用头插法，将冲突的数据插入表头 next指向被插的节点，因为Redis是单线程，所以不会出现循环链表

typedef struct dictEntry {
	// 键
	void *key;
	union {
		void *val;
		uint64_t u64;
		int64_t s64;
		double d;
	} v; // 值：可以位union中的热
	// 下一个 Entry 的指针
	struct dictEntry *next;
}dictEntry;

Dict

typedef struct dict {
	// dict类型，内置不同的hash函数
	dictType *type;
	// 私有数据，在做特殊hash运算时用
	void *privdata;
	// 一个Dict包含两个哈希表，其中一个是当前数据，另一个一般为控，rehash时使用
	dictht ht[2];
	// rehash的进度，-1表示未进行
	long rehashidx;
	// rehash是否暂停，1暂停，0继续
	int16_t pauserehash;
} dict;

Dict在Redis中要用到的场景非常多，不同场景下的hash函数可能是不一样的，所以Redis就封装了好多的hash函数，然后给他封装到了 dictType中，结构体如下所示：

hash java实现 redis redis hash 底层实现_Redis

下图为dict示例

hash java实现 redis redis hash 底层实现_Redis_02

1.2 Dict扩容

Dict中的HashTable就是数组结合单向链表的实现，当集合中元素较多时，必然导致哈希冲突增多，链表过长，则查询效率会大大降低。

Dict在每次新增键值对时都会检查负载因子(LoadFactor = used/size)，满足以下两种情况时会触发哈希表扩容:

哈希表的LoadFactor >=1，并且服务器没有执行BGSAVE或者BGREWRITEAOF 等后台进程;
哈希表的LoadFactor > 5 ;

扩容后的大小为第一个大与等于 used + 1的2ⁿ，源码如下图所示：

如果正在rehash，就直接返回ok
如果哈希表为空，则初始化哈希表为默认大小：4
如果used >= size，就相当于 used/size 负载因子达到1以上，并且dict_can_resize等于true时（dict_can_resize参数：当BGSAVE和BGREWRITEAOF这样的命令在执行时，该变量会置为0）
或者负载因子(used/size) > dict_force_resize_ratio（dict_force_resize_ratio的值为5），就进行 dictExpand，就是扩容

hash java实现 redis redis hash 底层实现_sed_03

1.3 Dict收缩

Dict除了扩容以外，每次删除元素时，也会对负载因子做检查，当LoadFactor < 0.1时，会做哈希表收缩。

收缩到什么大小呢？如下图源码，它会做判断，收缩至当前的元素个数，但不能比初始化大小4还要小，

下图为源码：

hash java实现 redis redis hash 底层实现_Redis_04

1.4 Dict的rehash

Dict的rehash并不是一次性完成的。他是分多次、渐进式的完成，流程如下：

计算新hash表的size，值取决于当前要做的是扩容还是收缩：
- 如果是扩容，则新size为第一个大于等于dict.ht[0].used + 1的 2^n
- 如果是收缩，则新size为第一个大于等于dict.ht[0].used的2^n（不得小于4)
按照新的size申请内存空间，创建dictht，并赋值给dict.ht[1]
设置dict.rehashidx = 0，标示开始rehash
每次执行新增、查询、修改、删除操作时，都检查一下dict.rehashidx是否大于-1，如果是则将dict.ht[0].table[rehashidx]的entry链表rehash到dict.ht[1]，并且将rehashidx++。直至dict.ht[0]的所有数据都rehash到dict.ht[1]
将dict.ht[1]赋值给dict.ht[0]，给dict.ht[1]初始化为空哈希表，释放原来的dict.ht[0]的内存
将rehashidx赋值为-1，代表rehash结束

注意： 在rehash过程中，新增操作，则直接写入ht[1]，查询、修改和删除则会在dict.ht[0]和dict.ht[1]依次查找并执行。这样可以确保ht0]的数据只减不增，随着rehash最终为空