redis中的hash实现

典型的数据结构

• hashtable的一个封装

typedef struct dict {
    dictType *type; //函数集合
    void *privdata; 
    dictht ht[2];  //真正的hashtable，有两个的原因是在扩容以及rehash的时候使用
    int rehashidx; //是否处于rehash状态，-1是不属于
    int iterators; /* number of iterators currently running */
} dict;

• 真正的hashtable

typedef struct dictht {
    dictEntry **table; // slot数组指针，slot中存放元素
    unsigned long size; //元素容量（实际就是hash中 slot的个数）
    unsigned long sizemask;(实际就是元素hash取模的基数（size-1）)
    unsigned long used; //已经存储的元素个数
} dictht;

• hashtable绑定的函数

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;

• 元素（链表结构，包含key和value以及下个元素的指针）

typedef struct dictEntry {

    void *key;
    void *val;
    struct dictEntry *next;
} dictEntry;

见图

典型场景

• 创建 （dict.c:dictCreate）
• • 分配内存
  • 设置绑定函数（dict->type）

• 添加（dict:dictAdd）
• • 如果此时处于rehash状态,那么执行rehash(通常一步，下面会讲)
  • 通过dict:_dictKeyIndex返回slot索引（如果处于rehash状态,也会去遍历ht[1]），如果key存在则返回-1
  • • 此时会通过(dict:_dictExpandIfNeeded)来看是否有必要扩容，下面会重点谈
  • 仍然检查是否rehash状态，如果不是则将选择ht[0]作为插入的table,否则选择ht[1]
  • 上面的步骤已经确定插入哪个table以及哪个slot,此时开始给entry分配内存
  • 将新entry插入到链表的表头
• 查找(dict.c:dictFind)
• • 如果ht[0]为空，则返回null
  • 如果此时处于rehash状态,那么执行rehash(通常一步)
  • 计算key的hash值
  • 根据hash值确定slot(默认去找ht[0]的slot)
  • 遍历slot链表去查找相应的key
  • 在ht[0]中找不到key,如果此时处于rehash状态，那么再去查找ht[1]

• 扩容的整体过程
• • 扩容(dict:_dictExpandIfNeeded)
  • • 如果此时处于rehash状态，返回
    • 如果ht[0]为空，则扩展到初始尺寸（#define DICT_HT_INITIAL_SIZE     4）（slot数目为size-1）
    • 如果【ht[0]的元素个数超过初始尺寸】 && （【允许扩容(默认允许)】 || 【使用比例(容纳的元素个数/初始尺寸）大于阀值(5)】），开始扩容，初始尺寸扩大为原来的2倍
    • • 此时仅仅是设置rehash标识（见dict属性rehashidx）,并不迁移数据
      • rehashidx为-1表示不处于rehash状态，当处于rehash状态(rehashidx>-1)时rehashidx表示ht[1]待处理的slot索引（开始时是0）
        
      • 另外在事件循环中，每次处理时间函数时调用redis.c:serverCron->redis.c:tryResizeHashTables看是否需要扩容,扩容的标准是used>10*size
    • 在添加（dict:dictAdd）过程中会触发扩容操作
      
  • rehash( dict:dictRehash)
  • • 有了上面这个rehash标识，就可以进行rehash（迁移数据）
    • 迁移数据是指从ht[0]-->ht[1]
    • 迁移数据也并不是一次就全部完成，默认情况每次迁移一个或者一部分slot
    • • 在访问过程中是一次迁移一个slot
      • 在事件循环中，每次处理时间函数是调用redis.c:serverCron->redis.c:incrementallyRehash来继续rehash,最多迁移100个slot，如果超过1ms，就停止迁移
    • 等ht[0]全部迁移到ht[1],就切换ht[1]到ht[0]
    • 在添加（dict:dictAdd）、查找(dict.c:dictFind)过程中都会触发entry迁移