Redis hash表源码解析

1、 整体数据结构

链式hash解决hash冲突、采用渐进式hash来完成扩容过程。

/*
 * 哈希表节点
 */
typedef struct dictEntry {
    
    // 键
    void *key;

    // 值
    union {
        void *val;
        uint64_t u64;
        int64_t s64;
    } v;

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

} dictEntry;


/*
 * 字典类型特定函数
 */
typedef struct dictType {

    // 计算哈希值的函数
    unsigned int (*hashFunction)(const void *key);

    // 复制键的函数
    void *(*keyDup)(void *privdata, const void *key);

    // 复制值的函数
    void *(*valDup)(void *privdata, const void *obj);

    // 对比键的函数
    int (*keyCompare)(void *privdata, const void *key1, const void *key2);

    // 销毁键的函数
    void (*keyDestructor)(void *privdata, void *key);
    
    // 销毁值的函数
    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. */
/*
 * 哈希表
 *
 * 每个字典都使用两个哈希表，从而实现渐进式 rehash 。
 */
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 - 1
    unsigned long sizemask;

    // 该哈希表已有节点的数量
    unsigned long used;

} dictht;

/*
 * 字典
 */
typedef struct dict {

    // 类型特定函数
    dictType *type;

    // 私有数据
    void *privdata;

    // 哈希表：两个Hash表，里面存储的是键值对，交替使用，用于rehash操作
    dictht ht[2];

    // rehash 索引
    // 当 rehash 不在进行时，值为 -1
    int rehashidx; /* rehashing not in progress if rehashidx == -1 */

    // 目前正在运行的安全迭代器的数量
    int iterators; /* number of iterators currently running */

} dict;

 2、扩容函数 

static int _dictExpandIfNeeded(dict *d)

触发该函数的三个操作：添加修改场景下会触发。

dictAdd：用来往 Hash 表中添加一个键值对。 

dictRelace：用来往 Hash 表中添加一个键值对，或者键值对存在时，修改键值对。

dictAddorFind：间接调用 dictAddRaw。_dictExpandIfNeeded->_dictKeyIndex->dictAddRaw

 static int _dictExpandIfNeeded(dict *d) 里面的代码片段截取
    //扩容两个条件
    // 1）字典已使用节点数趋近用完，并且没有开启aof和rdb两个操作
    // 2）Hash表承载的元素个数已是当前大小的5倍
    if (d->ht[0].used >= d->ht[0].size &&
        (dict_can_resize ||
         d->ht[0].used/d->ht[0].size > dict_force_resize_ratio))
    {
        // 新哈希表的大小至少是目前已使用节点数的两倍
        // T = O(N)
        return dictExpand(d, d->ht[0].used*2);
    }

//以下代码可以发现，但凡开启rdb和aof两个操作，必定禁止rehash。
void dictEnableResize(void) {
    dict_can_resize = 1;
}
 
void dictDisableResize(void) {
    dict_can_resize = 0;
}

void updateDictResizePolicy(void) {
    if (server.rdb_child_pid == -1 && server.aof_child_pid == -1)
        dictEnableResize();
    else
        dictDisableResize();
}

3、rehash（渐进式hash过程） 

rehash是由ht[0]和ht[1]两个hashTable组成的，操作的粒度是hash表里面的bucket组成的。

1、ht[0]供正常使用，ht[1]供rehash使用，从ht[0]迁移到ht[1]会从新计算hash位置，操作粒度是bucket级别。

2、当迁移完成后，ht[1]表供正常使用，ht[0]表指向空。如果还需要迁移，那么ht[0]表就会变成rehash那张表，ht[1]就会供正常使用。

3、迁移是一个渐进式过程，通过记录rehashidx来标记上一次执行的位置，这样的好处是可以避免一次性消耗巨大导致redis过慢，因为redis是一个单线程过程。

/* This function performs just a step of rehashing, and only if there are
 * no safe iterators bound to our hash table. When we have iterators in the
 * middle of a rehashing we can't mess with the two hash tables otherwise
 * some element can be missed or duplicated.
 *
 * 在字典不存在安全迭代器的情况下，对字典进行单步 rehash 。
 *
 * 字典有安全迭代器的情况下不能进行 rehash ，
 * 因为两种不同的迭代和修改操作可能会弄乱字典。
 *
 * This function is called by common lookup or update operations in the
 * dictionary so that the hash table automatically migrates from H1 to H2
 * while it is actively used. 
 *
 * 这个函数被多个通用的查找、更新操作调用，
 * 它可以让字典在被使用的同时进行 rehash 。
 *
 * T = O(1)
 */
static void _dictRehashStep(dict *d) {
    if (d->iterators == 0) dictRehash(d,1);
}

/* Performs N steps of incremental rehashing. Returns 1 if there are still
 * keys to move from the old to the new hash table, otherwise 0 is returned.
 *
 * 执行 N 步渐进式 rehash 。
 *
 * 返回 1 表示仍有键需要从 0 号哈希表移动到 1 号哈希表，
 * 返回 0 则表示所有键都已经迁移完毕。
 *
 * Note that a rehashing step consists in moving a bucket (that may have more
 * than one key as we use chaining) from the old to the new hash table.
 *
 * 注意，每步 rehash 都是以一个哈希表索引（桶）作为单位的，
 * 一个桶里可能会有多个节点，
 * 被 rehash 的桶里的所有节点都会被移动到新哈希表。
 *
 * T = O(N)
 */
int dictRehash(dict *d, int n) {

    // 只可以在 rehash 进行中时执行
    if (!dictIsRehashing(d)) return 0;

    // 进行 N 步迁移
    // T = O(N)
    while(n--) {
        dictEntry *de, *nextde;

        /* Check if we already rehashed the whole table... */
        // 如果 0 号哈希表为空，那么表示 rehash 执行完毕
        // T = O(1)
        if (d->ht[0].used == 0) {
            // 释放 0 号哈希表
            zfree(d->ht[0].table);
            // 将原来的 1 号哈希表设置为新的 0 号哈希表
            d->ht[0] = d->ht[1];
            // 重置旧的 1 号哈希表
            _dictReset(&d->ht[1]);
            // 关闭 rehash 标识
            d->rehashidx = -1;
            // 返回 0 ，向调用者表示 rehash 已经完成
            return 0;
        }

        /* Note that rehashidx can't overflow as we are sure there are more
         * elements because ht[0].used != 0 */
        // 确保 rehashidx 没有越界
        assert(d->ht[0].size > (unsigned)d->rehashidx);

        // 略过数组中为空的索引，找到下一个非空索引
        while(d->ht[0].table[d->rehashidx] == NULL) d->rehashidx++;

        // 指向该索引的链表表头节点
        de = d->ht[0].table[d->rehashidx];
        /* Move all the keys in this bucket from the old to the new hash HT */
        // 将链表中的所有节点迁移到新哈希表
        // T = O(1)
        while(de) {
            unsigned int h;

            // 保存下个节点的指针
            nextde = de->next;

            /* Get the index in the new hash table */
            // 计算新哈希表的哈希值，以及节点插入的索引位置
            h = dictHashKey(d, de->key) & d->ht[1].sizemask;

            // 插入节点到新哈希表
            de->next = d->ht[1].table[h];
            d->ht[1].table[h] = de;

            // 更新计数器
            d->ht[0].used--;
            d->ht[1].used++;

            // 继续处理下个节点
            de = nextde;
        }
        // 将刚迁移完的哈希表索引的指针设为空
        d->ht[0].table[d->rehashidx] = NULL;
        // 更新 rehash 索引
        d->rehashidx++;
    }

    return 1;
}

代码007普通

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