第4章 字典

又称符号表、关联数组或映射,用于保存键值对的抽象数据结构。

Redis的数据库的底层实现。

1. 字典的实现

使用哈希表作为底层实现。

1.1 哈希表

dict.h/dictht结构定义

/*
 * 哈希表
 */
typedef struct dictht {

    // 哈希表节点指针数组(俗称桶,bucket)
    dictEntry **table;      

    // 指针数组的大小
    unsigned long size;     

    // 指针数组的长度掩码,用于计算索引值
    unsigned long sizemask; 

    // 哈希表现有的节点数量
    unsigned long used;     

} dictht;

table数组中的每个元素都是一个指向dict.h/dictEntry(保存着一个键值对)结构


1.2 哈希表节点

使用dictEntry结构表示

/*
 * 哈希表节点
 */
typedef struct dictEntry {

    // 键
    void *key;

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

    // 链往后继节点,可以将多个哈希值相同的键值对链接在一起,以此来解决键冲突的问题
    struct dictEntry *next; 

} dictEntry;


1.3 字典

dict.h/dict结构

/*
 * 字典
 *
 * 每个字典使用两个哈希表,用于实现渐进式 rehash
 */
typedef struct dict {

    // 特定于类型的处理函数
    dictType *type;

    // 类型处理函数的私有数据,保存了需要传给那些类型特定函数的可选参数。
    void *privdata;

    // 哈希表(2个) 字典只使用ht[0],ht[1]只会在对ht[0]哈希表进行rehash时使用。
    dictht ht[2];       

    // 记录 rehash 进度的标志,值为-1 表示 rehash 未进行
    int rehashidx;

    // 当前正在运作的安全迭代器数量
    int iterators;      

} dict;

2. 哈希算法

先根据键值对的键计算出哈希值和索引值,然后根据索引值,将包含新键值对的哈希表节点放到哈希表数组的指定索引上。


#使用字典设置的哈希函数,计算键key的哈希值

hash=dict->type-hashFunction(key);


#使用哈希表的sizemask属性和哈希值,计算出索引值

#根据情况不同,ht[x]可以是ht[0]或者ht[1]

index=hash& dict-ht[x].sizemask;



当字典被用作数据库的底层实现,或者哈希键的底层实现时,Redis使用MurmurHash算法来计算键的哈希值。


3. 解决键冲突

链地址法,

链表的表头插入


4. rehash

通过执行rehash操作扩展和收缩哈希表


  • 为字典的ht[1]哈希表分配空间,这个哈希表的空间大小取决于要执行的操作,以及ht[0]当前包含的键值对的数量
如果执行的是扩展操作,那么ht[1]的大小为第一个大于等于ht[0].used*2的2^n
如果执行的是收缩操作,那么ht[1]的大小为第一个大于等于ht[0].used的2^n
  • 将保存在ht[0]中的所有键值对rehash到ht[1]上面:
  • 当ht[0]包含的所有键值对都迁移到ht[1]之后,释放ht[0],将ht[1]设置为ht[0],并在ht[1]新创建一个空白哈希表,为下一次rehash做准备


哈希表的扩展于收缩

当以下条件中的任意一个被满足时,程序会自动开始对哈希表进行扩展操作:

  1. 服务器目前没有在执行BGSAVE命令或者BGREWRITEAOF命令,并且哈希表的负载因子大于等于1
  2. 服务器目前正在执行BGSAVE命令或者BGREWITEAOF命令,并且哈希表的负载因子大于等于5

当哈希表的负载因子小于0.1时,程序自动开始对哈希表执行收缩操作


5. 渐进式rehash

这个rehash动作并不是一次性,集中式地完成的,而是分多次、渐进式的地完成的


以下是哈希表渐进式rehash的步骤:

  1. 为ht[1]分配空间,让字典同时持有ht[0]和ht[1]两个哈希表
  2. 在字典中维持一个索引计数器变量rehashidx,并将它的值设置为0,表示rehash工作正式开始。
  3. 在rehash进行期间,每次对字典执行添加、删除、查找或者更新操作时,程序除了执行指定的操作以外,还会顺带将ht[0]哈希表在rehashidx索引上的所有键值对rehash到ht[1],当rehash工作完成之后,程序将rehashidx属性值增一
  4. 随着字典操作的不断执行,最终在某个时间点上,ht[0]的所有键值对都会被rehash至ht[1],这时程序将rehashidx属性的值设为-1,表示rehash操作已完成。

6. 字典API

dictCreate

dictAdd 键值对添加到字典里面

dictReplace 添加键值对,如果已经存在,用新值取代原有的值

dictFetchValue

dictGetRandomKey

dictDelete

dictRelease


### 关于 Python 字典的学习引导 #### 什么是字典字典是一种可变容器模型,用于存储无序的数据集合。它由键值对组成,其中键(key)必须是不可变类型(如字符串、数字或元组),而值(value)可以是任意数据类型[^1]。 #### 如何创建字典? 可以通过大括号 `{}` 或者 `dict()` 构造函数来创建字典: ```python # 使用大括号 {} my_dict = {'Name': 'Alice', 'Age': 25} # 使用 dict() 函数 another_dict = dict(Name='Bob', Age=30) ``` #### 访问字典中的元素 通过键访问对应的值,语法如下:`dictionary[key]`。 如果尝试访问不存在的键,则会抛出 KeyError 错误。为了避免这种情况,可以使用 `.get()` 方法[^1]。 ```python >>> my_dict = {'Name': 'Alice', 'Age': 25} >>> print(my_dict['Name']) Alice >>> print(my_dict.get('Gender')) # 如果键不存在,返回 None 而不报错 None ``` #### 修改和添加字典元素 可以直接赋值给指定的键以修改其对应值;对于新键,同样可以用这种方式添加新的键值对[^1]。 ```python >>> my_dict = {'Name': 'Alice', 'Age': 25} >>> my_dict['Age'] = 26 # 修改已有键的值 >>> my_dict['Gender'] = 'Female' # 添加新键值对 >>> print(my_dict) {'Name': 'Alice', 'Age': 26, 'Gender': 'Female'} ``` #### 删除字典中的元素 有多种方法可以从字典中删除元素,比如 `del` 和 `.pop()` 方法[^1]。 ```python >>> my_dict = {'Name': 'Alice', 'Age': 25, 'Gender': 'Female'} >>> del my_dict['Age'] # 删除特定键 >>> removed_value = my_dict.pop('Gender') # 移除并返回该键的值 >>> print(removed_value) Female >>> print(my_dict) {'Name': 'Alice'} ``` #### 遍历字典 可以遍历字典的所有键、值或者键值对。 ```python for key in my_dict.keys(): print(key) for value in my_dict.values(): print(value) for key, value in my_dict.items(): print(f"{key}: {value}") ``` #### 字典推导式 类似于列表推导式,也可以利用字典推导式快速构建复杂的字典结构[^2]。 ```python squares = {x: x**2 for x in range(6)} print(squares) # 输出: {0: 0, 1: 1, 2: 4, 3: 9, 4: 16, 5: 25} ``` #### 学习资源推荐 在头歌平台上学习第七关于字典的内容时,建议关注以下几个方面: - **基础概念**: 掌握如何定义、初始化以及基本的操作方式。 - **高级应用**: 尝试理解嵌套字典的概念及其实际应用场景。 - **练习题目**: 完成平台上的配套练习题巩固所学知识点。
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值