Redis數據類型之Hash（二）

前言：

     Redis hash是一個String類型的field和value的映射表。添加、刪除操做複雜度平均爲O(1)，爲何是平均呢？由於Hash的內部結構包含zipmap和hash兩種。hash特別適合用於存儲對象。相對於將對象序列化存儲爲String類型，將一個對象存儲在hash類型中會佔用更少的內存，而且能夠方便的操做對象。爲何省內存，由於對象剛開始使用zipmap存儲的。

    1. zipmap

        zipmap其實並非hashtable，zip能夠節省hash自己須要的一些元數據開銷。zipmap的添加、刪除、查找複雜度爲O(n)，可是filed數量都很少，因此能夠說平均是O(1)。

        默認配置：
            hash-max-ziplist-entries 512  //filed最多512個
            hash-max-ziplist-value 64     //value最大64字節

        內存分配以下：

            例："foo" => "bar", "hello" => "world":<zmlen><len>"foo"<len><free>"bar"<len>"hello"<len><free>"world"

          （1）zmlen：記錄當前zipmap的key-value對的數量。一個字節，所以規定其表示的數量只能爲0~254，當zmlen>254時，就須要遍歷整個zipmap來獲得key-value對的個數
          （2）len：記錄key或value的長度，有兩種狀況，當len的第一個字節爲0~254(註釋是253，咱們以代碼爲準)時，那麼len就只佔用這一個字節。若len的第一個字節爲254時，那麼len將用後面的4個字節來表示。所以len要麼佔用1字節，要麼佔用5字節。
          （3）free：記錄value後面的空閒字節數，將」foo」 => 「world」變爲」foo」 => 「me」 ，那麼會致使3個字節的空閒空間。當free的字節數過大用1個字節不足以表示時，zipmap就會從新分配內存，保證字符串儘可能緊湊。
          （4）end： 記錄zipmap的結束，0xFF

        zipmap建立：

    2.hash

       在Redis中，hash表被稱爲字典（dictionary），採用了典型的鏈式解決衝突方法，即：當有多個key/value的key的映射值（每對key/value保存以前，會先經過相似HASH(key) MOD N的方法計算一個值，
  以便肯定其對應的hash table的位置）相同時，會將這些value以單鏈表的形式保存；同時爲了控制哈希表所佔內存大小，redis採用了雙哈希表(ht[2])結構，並逐步擴大哈希表容量（桶的大小）的策略，
  即：剛開始，哈希表ht[0]的桶大小爲4，哈希表ht[1]的桶大小爲0，待衝突嚴重（redis有必定的判斷條件）後，ht[1]中桶的大小增爲ht[0]的兩倍，並逐步(注意這個詞：」逐步」)將哈希表ht[0]中元素遷移（稱爲「再次Hash」）到ht[1]，
  待ht[0]中全部元素所有遷移到ht[1]後，再將ht[1]交給ht[0]（這裏僅僅是C語言地址交換），以後重複上面的過程。

     

  Redis哈希表的實現位於文件dict.h和dict.c中，主要數據結構以下：

#define DICT_NOTUSED(V) ((void) V)

typedef struct dictEntry {
    void *key;
    union {
        void *val;
        uint64_t u64;
        int64_t s64;
        double d;
    } v;
    struct dictEntry *next;
} dictEntry;

typedef struct dictType {
    unsigned int (*hashFunction)(const void *key);
    void *(*keyDup)(void *privdata, const void *key);
    void *(*valDup)(void *privdata, const void *obj);
    int (*keyCompare)(void *privdata, const void *key1, const void *key2);
    void (*keyDestructor)(void *privdata, void *key);
    void (*valDestructor)(void *privdata, void *obj);
} dictType;

/* This is our hash table structure. Every dictionary has two of this as we
 * implement incremental rehashing, for the old to the new table. */
typedef struct dictht {
    dictEntry **table;
    unsigned long size;
    unsigned long sizemask;
    unsigned long used;
} dictht;

typedef struct dict {
    dictType *type;
    void *privdata;
    dictht ht[2];
    long rehashidx; /* rehashing not in progress if rehashidx == -1 */
    int iterators; /* number of iterators currently running */
} dict;

  基本操做：
        Redis中hash table主要有如下幾個對外提供的接口：dictCreate、dictAdd、dictReplace、dictDelete、dictFind、dictEmpty等，而這些接口調用了一些基礎操做，包括：_dictRehashStep，_dictKeyIndex等

        Hash Table在必定狀況下會觸發rehash操做，即：將第一個hash table中的數據逐步轉移到第二個hash table中。
      （1）觸發條件 當第一個表的元素數目大於桶數目且元素數目與桶數目比值大於5時，hash 表就會擴張，擴大後新表的大小爲舊錶的2倍。

/* Expand the hash table if needed */
static int _dictExpandIfNeeded(dict *d)
{
    /* Incremental rehashing already in progress. Return. */
    if (dictIsRehashing(d)) return DICT_OK;

    /* If the hash table is empty expand it to the initial size. */
    if (d->ht[0].size == 0) return dictExpand(d, DICT_HT_INITIAL_SIZE);

    /* If we reached the 1:1 ratio, and we are allowed to resize the hash
     * table (global setting) or we should avoid it but the ratio between
     * elements/buckets is over the "safe" threshold, we resize doubling
     * the number of buckets. */
    if (d->ht[0].used >= d->ht[0].size &&
        (dict_can_resize ||
         d->ht[0].used/d->ht[0].size > dict_force_resize_ratio))
    {
        return dictExpand(d, d->ht[0].used*2);
    }
    return DICT_OK;
}

      （2）轉移策略 爲了不一次性轉移帶來的開銷，Redis採用了平攤開銷的策略，即：將轉移代價平攤到每一個基本操做中，如：dictAdd、dictReplace、dictFind中，每執行一次這些基本操做會觸發一個桶中元素的遷移操做。在此，有讀者可能會問，若是這樣的話，若是舊hash table很是大，何時才能遷移完。爲了提升前移速度，Redis有一個週期性任務serverCron，每隔一段時間會遷移100個桶。

    相關操做：

         1.hset,hmset,hsetnx
            hset命令用來將某個hash指定鍵的值，若是鍵不存在，則建立並設置對應的值，返回一個整數1，若是鍵已經存在，則對應的值將被覆蓋並返回整數0.
            hset hash_name field value 

127.0.0.1:6379> hset userid:1000 age 100
(integer) 1
127.0.0.1:6379> hset userid:1000 age 10
(integer) 0

            hmset命令和hset命令的做用類似，能夠用來設置hash的鍵和值。不一樣的是hmset能夠同時設置多個鍵值對。操做成功後hmset命令返回一個簡單的字符串「OK」。
            hset hash_name field value

127.0.0.1:6379> hmset userid:1000 name zhangsan age 10
OK

            hsetnx命令也用來在指定鍵不存在的狀況下設置鍵值信息。若是鍵不存在，則Redis會先建立鍵，而後設置對應的值，操做成功後返回整數1。若是該鍵已經存在，則該命令不進行任何操做，返回值爲0
            hsetnx hash_name field value

127.0.0.1:6379> HSETNX userid:1000 age 10
(integer) 0
127.0.0.1:6379> HSETNX userid:1000 weight 100
(integer) 1

         2.hget,hmget,hgetall
            hget命令用來獲取某個hash指定key的值。若是該鍵存在，直接返回對應的值，不然返回nil。
            hget hash_name field

127.0.0.1:6379> hget user:1000 name
(nil)
127.0.0.1:6379> hget userid:1000 name
"zhangsan"

          hmget命令和hget命令相似，用來返回某個hash多個鍵的值的列表，對於不存在的鍵，返回nil值。
          hmget hash_name field1 field2...

127.0.0.1:6379> hmget userid:1000 name age
1) "zhangsan"
2) "10"

          hgetall命令返回一個列表，該列表包含了某個hash的全部鍵和值。在返回值中，先是鍵，接下來的一個元素是對應的值，因此hgetall命令返回的列表長度是hash大小的兩倍。
          hgetall hash_name

127.0.0.1:6379> HGETALL userid:1000
1) "age"
2) "10"
3) "name"
4) "zhangsan"
5) "weight"
6) "100"

        3.hexists
           hexists命令用來判斷某個hash指定鍵是否存在，若存在返回整數1，不然返回0。
           hexists hash_name field

127.0.0.1:6379> HEXISTS userid:1000 name
 integer) 1
127.0.0.1:6379> HEXISTS userid:1000 sex
(integer) 0

        4.hlen
           hlen命令用來返回某個hash中全部鍵的數量。
           hlen hash_name

127.0.0.1:6379> hlen userid:1000
(integer) 3

         5.hdel
            hdel命令用來刪除某個hash指定的鍵。若是該鍵不存在，則不進行任何操做。hdel命令的返回值是成功刪除的鍵的數量（不包括不存在的鍵）。
            hdel hash_name field      

127.0.0.1:6379> hlen userid:1000
(integer) 3
127.0.0.1:6379> hdel userid:1000 age
(integer) 1
127.0.0.1:6379> hlen userid:1000
(integer) 2

         6.Hkeys,hvals
            hkeys命令返回某個hash的全部鍵，若是該hash不存在任何鍵則返回一個空列表。
            hkeys hash_name
            hvals命令返回某個hash的全部值的列表。
            hvals hash_name

127.0.0.1:6379> hkeys userid:1000
1) "name"
2) "weight"
127.0.0.1:6379> hvals userid:1000
1) "zhangsan"
2) "100"

         7.hincrby,hincrbyfloat
            這兩個命令都用來對指定鍵進行增量操做，不一樣的是hincrby命令每次加上一個整數值，而hincrbyfloat命令每次加上一個浮點值。操做成功後返回增量操做後的最終值
            hincrby hash_name field i
            hincrbyfloat hash_name field f

127.0.0.1:6379> HINCRBY userid:1000 weight 10
(integer) 110
127.0.0.1:6379> HINCRBYFLOAT userid:1000 weight 10.0
"120"