Redis之Hash數據結構

時間  2019-11-30
標籤 redis hash 數據 結構 欄目 Redis 简体版
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0.前言

redis是KV型的內存數據庫, 數據庫存儲的核心就是Hash表, 咱們執行select命令選擇一個存儲的db以後, 全部的操做都是以hash表爲基礎的, 下面會分析下redis的hash數據結構和實現.html

1.hash數據結構

/*Hash表一個節點包含Key,Value數據對 */
typedef struct dictEntry {
    void *key;
    union {
        void *val;
        uint64_t u64;
        int64_t s64;
        double d;
    } v;
    struct dictEntry *next; /* 指向下一個節點, 連接表的方式解決Hash衝突 */
} dictEntry;

/* 存儲不一樣數據類型對應不一樣操做的回調函數 */
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;

typedef struct dictht {
    dictEntry **table; /* dictEntry*數組,Hash表 */
    unsigned long size; /* Hash表總大小 */
    unsigned long sizemask; /* 計算在table中索引的掩碼, 值是size-1 */
    unsigned long used; /* Hash表已使用的大小 */
} dictht;

typedef struct dict {
    dictType *type;
    void *privdata;
    dictht ht[2]; /* 兩個hash表,rehash時使用*/
    long rehashidx; /* rehash的索引, -1表示沒有進行rehash */
    int iterators; /*  */
} dict;

2.hash數據結構圖

3.漸進式hash說明

dict中ht[2]中有兩個hash表, 咱們第一次存儲數據的數據時, ht[0]會建立一個最小爲4的hash表, 一旦ht[0]中的size和used相等, 則dict中會在ht[1]建立一個size*2大小的hash表, 此時並不會直接將ht[0]中的數據copy進ht[0]中, 執行的是漸進式rehash, 即在之後的操做(find, set, get等)中慢慢的copy進去, 之後新添加的元素會添加進ht[0], 所以在ht[1]被佔滿的時候定能確保ht[0]中全部的數據所有copy到ht[1]中.redis

4.建立hash表

建立hash表過程很是簡單,直接調用dictCreate函數, 分配一塊內存,初始化中間變量便可.數據庫

dict *dictCreate(dictType *type, void *privDataPtr)
{
     /*分配內存*/
    dict *d = zmalloc(sizeof(*d));
     /*初始化操做*/
    _dictInit(d,type,privDataPtr);
    return d;
}

5.添加元素

hash表中添加元素,首先判斷空間是否足夠, 而後計算key對應的hash值, 而後將須要添加的key和value放入表中.數組

int dictAdd(dict *d, void *key, void *val)
{
     /*添加入hash表中, 返回新添加元素的實體結構體*/
    dictEntry *entry = dictAddRaw(d,key);

    if (!entry) return DICT_ERR;
     /*元素val值放入元素實體結構中*/
    dictSetVal(d, entry, val);
    return DICT_OK;
}
/*
*添加元素實體函數
*/
dictEntry *dictAddRaw(dict *d, void *key)
{
    int index;
    dictEntry *entry;
    dictht *ht;

    if (dictIsRehashing(d)) _dictRehashStep(d);

    /*根據key值計算新元素在hash表中的索引, 返回-1則表示元素已存在, 直接返回NULL*/
    if ((index = _dictKeyIndex(d, key)) == -1)
        return NULL;

    /*若是在進行rehash過程,則新元素添加到ht[1]中, 不然添加到ht[0]中 */
    ht = dictIsRehashing(d) ? &d->ht[1] : &d->ht[0];
    entry = zmalloc(sizeof(*entry));
    entry->next = ht->table[index];
    ht->table[index] = entry;
    ht->used++;

    /*設置元素key*/
    dictSetKey(d, entry, key);
    return entry;
}
/*
*計算索引的函數
*/
static int _dictKeyIndex(dict *d, const void *key)
{
    unsigned int h, idx, table;
    dictEntry *he;

    /* 判斷hash表是否空間足夠, 不足則須要擴展 */
    if (_dictExpandIfNeeded(d) == DICT_ERR)
        return -1;
         
    /* 計算key對應的hash值 */
    h = dictHashKey(d, key);
    for (table = 0; table <= 1; table++) {
          /*計算索引*/
        idx = h & d->ht[table].sizemask;
        /*遍歷衝突列表, 判斷須要查找的key是否已經在衝突列表中*/
        he = d->ht[table].table[idx];
        while(he) {
            if (dictCompareKeys(d, key, he->key))
                return -1;
            he = he->next;
        }
        if (!dictIsRehashing(d)) break;
    }
    return idx;
}
/*
*判斷hash表是否須要擴展空間
*/
static int _dictExpandIfNeeded(dict *d)
{
    /*redis的rehash採用的漸進式hash, rehash時分配了原來兩倍的內存空間, 在rehash階段空間一定夠用*/
    if (dictIsRehashing(d)) return DICT_OK;

    /* hash表是空的須要初始化空間, 默認是4*/
    if (d->ht[0].size == 0) return dictExpand(d, DICT_HT_INITIAL_SIZE);

    /* 已使用空間知足不了設置的條件*/
    if (d->ht[0].used >= d->ht[0].size &&
        (dict_can_resize ||
         d->ht[0].used/d->ht[0].size > dict_force_resize_ratio))
    {
          /*擴展空間, 使用空間的兩倍*/
        return dictExpand(d, d->ht[0].used*2);
    }
    return DICT_OK;
}

/*
*擴展空間或者初始化hash表空間
*/
int dictExpand(dict *d, unsigned long size)
{
    dictht n;
     /* 對須要分配大小圓整爲2的倍數 */
    unsigned long realsize = _dictNextPower(size);

    /* 若是空間足夠則代表調用錯誤 */
    if (dictIsRehashing(d) || d->ht[0].used > size)
        return DICT_ERR;

    n.size = realsize;
    n.sizemask = realsize-1;
    n.table = zcalloc(realsize*sizeof(dictEntry*));
    n.used = 0;
    
     /*hash表爲空初始化hash表*/
    if (d->ht[0].table == NULL) {
        d->ht[0] = n;
        return DICT_OK;
    }

    /*新分配的空間放入ht[1], 後面一步一步進行rehash*/
    d->ht[1] = n;
    d->rehashidx = 0;
    return DICT_OK;
}

6.查找元素

查找元素過程,首先計算hash值, 而後計算在ht[0]和ht[1]中索引位置, 進行查找.數據結構

dictEntry *dictFind(dict *d, const void *key)
{
    dictEntry *he;
    unsigned int h, idx, table;

    if (d->ht[0].size == 0) return NULL;
    
     /*若是正在進行rehash, 執行一次rehash*/
    if (dictIsRehashing(d)) _dictRehashStep(d);
    
    h = dictHashKey(d, key);
    
     /*因爲可能正在rehash, 所以要從ht[0]和ht[1]中分別進行查找, 找不到返回NULL*/
    for (table = 0; table <= 1; table++) {
        idx = h & d->ht[table].sizemask;
        he = d->ht[table].table[idx];
          /*遍歷衝突列表查找元素*/
        while(he) {
            if (dictCompareKeys(d, key, he->key))
                return he;
            he = he->next;
        }
        if (!dictIsRehashing(d)) return NULL;
    }
    return NULL;
}

7.刪除元素

刪除元素首先查找元素, 而後將元素從hash表中移除便可, 調用dictDelete刪除元素, 會同時刪除元素所佔空間函數

int dictDelete(dict *ht, const void *key) {
    return dictGenericDelete(ht,key,0);
}

static int dictGenericDelete(dict *d, const void *key, int nofree)
{
    unsigned int h, idx;
    dictEntry *he, *prevHe;
    int table;

    if (d->ht[0].size == 0) return DICT_ERR;
    
    if (dictIsRehashing(d)) _dictRehashStep(d);
    h = dictHashKey(d, key);

    for (table = 0; table <= 1; table++) {
        idx = h & d->ht[table].sizemask;
        he = d->ht[table].table[idx];
        prevHe = NULL;
          /*查找元素到元素,進行刪除操做, 並釋放佔用的內存*/
        while(he) {
            if (dictCompareKeys(d, key, he->key)) {
                /* Unlink the element from the list */
                if (prevHe)
                    prevHe->next = he->next;
                else
                    d->ht[table].table[idx] = he->next;
                if (!nofree) {
                    dictFreeKey(d, he);
                    dictFreeVal(d, he);
                }
                zfree(he);
                d->ht[table].used--;
                return DICT_OK;
            }
            prevHe = he;
            he = he->next;
        }
        if (!dictIsRehashing(d)) break;
    }
    return DICT_ERR; /* not found */
}

hash命令

hash命令操做都比較簡單，須要注意的是當咱們建立hash表示默認存儲結構，並非dict，而是ziplist結構，能夠參考redis之Ziplist數據結構，hash_max_ziplist_entries和hash_max_ziplist_value值做爲閥值，hash_max_ziplist_entries表示一旦ziplist中元素數量超過該值，則須要轉換爲dict結構；hash_max_ziplist_value表示一旦ziplist中數據長度大於該值，則須要轉換爲dict結構。ui

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