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Redis_字典

时间:2015-07-14 06:15:29      阅读:276      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:redis   字典   哈希表   

阅读本文之前要了解的两件事情,第一,Redis是一种Key-Value数据库,第二,字典是一种保存键值对的抽象数据结构。所以不难猜出字典在Redis中应用一定非常广泛,实际上,Redis数据库的底层实现就是字典,对数据库的增删查改也是构建在对字典的操作上,那么想要深入理解Redis,字典的解密是必不可少的,接下来,就让我们一层一层解开指点的面纱,看看它的真面目。
首先看看Redis中有哪些地方使用到了字典
一, 数据库键空间
Redis是一个键值对数据库服务器,服务器中的每个数据库都是一个RedisDB结构,其中RedisDb结构的dict字典保存了数据库中的所有键值对,我们将这个字典称为键空间(key space),键空间和用户直接所见的数据库是直接对应的
二, Expires字典
Redis数据库结构是一个RedisDb结构,有一个属性expires也是字典,这个字典中保存了数据库中所有键的过期时间,我们称这个字典叫做过期字典
下面贴出RedisDb的数据结构,加深了理解。
三, 字典是Hash类型的底层实现之一
这里之所以说是之一,是应为Hash类型的实现可以是多种类型,在不同的场景下可以是不同的类型,但一个哈希键中包含的键值对比较多,有或者是键值对中元素都是比较长的字符串的时候,就会使用字典作为底层实现,否则就是压缩列表作为底层实现。
【注意】键空间中的键和过期字典中的键都指向都一个键对象,所以不会出现任何重复对象,也不会浪费内存空间。
然后我们来了解一下在Redis中字典是如何实现的。

字典的定义在dict.h/dict中给出了,如下:

typedef struct dict {
    dictType *type;
    void *privdata;
    dictht ht[2];
    long rehashidx; /* rehashing not in progress if rehashidx == -1 */
    int iterators; /* number of iterators currently running */
} dict;


这是一个哈希表,table数组中的每个元素都是指向一个dictEntry结构的指针,size是哈希表的大小,也就是table数组的大小,sizemask属性总是等于size-1 ,sizemask和哈希值一起决定将一个键应该被放到那个数组上,used表示目前哈希表有多少个节点,used/size 是一个哈希表的负载因子,这个因子决定了什么时候后对哈希表进行扩展和收缩。
typedef struct dictht {
    dictEntry **table;
    unsigned long size;
    unsigned long sizemask;
    unsigned long used;
} dictht;


下面是一个哈希表节点,每个dictEntry结构都保持着一个键值对,其中next指针可以将多个哈希值相同的键值对连接在一起,一次来解决键冲突的问题(这里可以引申出哈希函数以及哈希冲突解决方案,Redis中使用的解决方案是链地址法,就是,如果多个值通过哈希函数得到的哈希值是相同的,那么就链接到这个地址后,还有一种解决哈希冲突的方案,就是寻地址法,就是当出现哈希冲突的时候,对键值对在进行一个哈希函数,得到一个没有被占用的地址为止,这两种方案各有利弊,链地址法可能会退化成一个链表,寻地址法可能在后期插入时,全是冲突)

typedef struct dictEntry {
    void *key;
    union {
        void *val;
        uint64_t u64;
        int64_t s64;
        double d;
    } v;
    struct dictEntry *next;
} dictEntry;

还有一个需要说的地方,就是哈希表的rehash

随着操作的不断执行,一个哈希表中保存的键值对会越来越多或者是越来越少,哈希表中键值对数量过多或者过少都是不好的,过多,就会相当于是多个链表,过少也不好,查找的命中率也会很低,将哈希表的负载因子(used/size)维持在一个范围之类是最好的,所以,当哈希表的数量过大或者过小的时候,程序会对哈希表进行扩展或者收缩,

扩展好理解,如果size=4 ,但是used=8,相当于每个键的后面都有个链,这样查找起来是费劲的,这个时候可以通过Rehash来进行完成,注意dict数据结构中的那个

dictht ht[2],这里是两个dictht,其中ht[1]是空闲的,在进行扩展的时候现将ht[1]扩展成ht[0]的两倍,然后将ht[0]中的键值对一个一个哈希到ht[1]中去,最后将ht[1]设置为ht[0]

这里需要注意的是rehash的时机,一般是负载因子大于5的时候扩展,负载因子小于0.1的时候收缩,还有一个问题是字典中有个属性是rehashidx,这个属性标志rehash的状态,如果是0,表示rehash正式开始,然后没rehash一个键值对,就将这个值加一,当ht[0]的值全部被转移到ht[1]的时候,就将这个值设置成-1,表示rehash操作完成。

其实还有很多要说的,比如渐进式rehash,渐进式就说说rehash过程不是一次性完成的,而是分多次,渐进式完成的,在rehash过程中,所有的删除,查找,更新都会在两个哈希表中进行,例如,如果查找一个元素,ht[0]中没有,那么就去ht[1]中查找,新添加的一律都是添加到ht[1]中,ht[0]中不再进行任何添加操作




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Redis_字典

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原文地址:http://blog.csdn.net/zhaozonglu/article/details/46870353

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