Redis 哈希結構內存模型剖析

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概述

在前文《Redis字符串類型內部編碼剖析》之中已經剖析過 Redis最基本的 String類型的內部是怎麼編碼和存儲的，本文再來闡述 Redis中使用 最爲頻繁的數據類型：哈希（或稱散列），在Redis內部是怎麼存的。

• 實驗源碼環境：Redis 4.0.10

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本文內容腦圖以下：

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哈希類型內部編碼詳情

對於 Redis的經常使用 5 種數據類型（String、Hash、List、Set、sorted set），每種數據類型都提供了 最少兩種 內部的編碼格式，並且每一個數據類型內部編碼方式的選擇 對用戶是徹底透明的，Redis會根據數據量自適應地選擇較優化的內部編碼格式。

若是想查看某個鍵的內部編碼格式，可使用 OBJECT ENCODING keyname 指令來進行，好比：

127.0.0.1:6379> 
127.0.0.1:6379> set foo bar
OK
127.0.0.1:6379> 
127.0.0.1:6379> object encoding foo  // 查看某個Redis鍵值的編碼
"embstr"
127.0.0.1:6379> 
127.0.0.1:6379>

對於使用最爲頻繁的 Hash類型，其內部編碼方式可能有兩種：

• OBJ_ENCODING_ZIPLIST（壓縮列表）
• OBJ_ENCODING_HT（哈希表）

Redis 會根據數據量的狀況來自適應地選擇這兩種編碼方式中 較優 的一種，而這一切對用戶徹底透明。

在 數據條目較少，數據值較小 的時候 Redis會採用 壓縮列表（OBJ_ENCODING_ZIPLIST）編碼方式進行存儲。這裏成員"較少"，成員值"較小"的標準能夠經過以下配置項進行配置：

hash-max-ziplist-entries 512
hash-max-ziplist-value 64

Redis 默認給出了默認值，固然用戶可根據實際狀況自行配置。

當 Hash類型鍵的字段個數 < hash-max-ziplist-entries 而且 每一個字段名和字段值的長度 < hash-max-ziplist-value 時，Redis 會使用 OBJ_ENCODING_ZIPLIST來存儲該鍵，反之則會轉換爲 OBJ_ENCODING_HT的編碼方式。

口說無憑，咱們不妨先來作個實驗感覺一下吧：

很明顯該實驗驗證了當 字段值長度大於64時，編碼格式會由 ZIPLIST方式切換爲 Hashtable方式。

源碼以前，了無祕密，咱們再來看一下Redis關於這部分切換的源碼實現，那就理解得更加清楚了：

下面詳解 OBJ_ENCODING_ZIPLIST 和 OBJ_ENCODING_HT 這兩種編碼格式的內部存儲模型，知道了其各自特色和優缺點，天然也就明白了Redis內部使用它們的意圖。

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OBJ_ENCODING_ZIPLIST 編碼

Ziplist 壓縮列表是一種緊湊編碼格式，整體思想是時間換空間，即以部分讀寫性能爲代價，來換取極高的內存空間利用率，所以只會用於 字段個數少，且字段值也較小 的場景。

壓縮列表內存利用率極高的緣由與其連續內存的特性是分不開的，其典型的內存結構能夠用下圖形象地展現出來：

因此若是用 Ziplist來存儲 Redis的散列類型的話，元素的排列方式就變成了以下圖所示的形象示意圖：即key和value都是邏輯連續內存：

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OBJ_ENCODING_HT 編碼

OBJ_ENCODING_HT 這種編碼方式內部纔是真正的哈希表結構，或稱爲字典結構，其能夠實現O(1)複雜度的讀寫操做，所以效率很高。

在 Redis內部，從 OBJ_ENCODING_HT類型到底層真正的散列表數據結構是一層層嵌套下去的，關係以下：

這一關係咱們能夠從 Redis哈希表定義部分的源碼來看出：

下面來詳解一下各個部分：

• 關於哈希節點（dictEntry）

• 關於哈希表（dictht）和字典（dict）

• 關於dictType

• Redis如何計算Hash值

Redis計算Hash的源代碼以下：

這是一個 C語言宏定義，其實幕後真正承擔 Hash值計算的是上面介紹的 dictType結構體中的函數指針 hashFunction。

而該 hashFunction函數指針在初始化時會對應被賦值爲一個個真實的計算 Hash值的實際函數，就像下面這樣：

• Redis如何計算存取索引Index值

Index值的計算依賴於上面計算得出的 Hash值，代碼以下：

到此，還有一個一直很是值得關注的細節：即字典 dict里老是保存有兩個 Hash表結構 ht[2]，以及與其高度相關的 rehash操做，這在下一篇文章裏詳解。

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後 記

因爲能力有限，如有錯誤或者不當之處，還請你們批評指正，一塊兒學習交流！

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