Redis 源码解读之 Rehash 的调用时机

Redis 源码解读之 Rehash 的调用时机

背景和问题

本文想要解决的问题

1. 什么时机触发 Rehash 操作？
2. 什么时机实际执行 Rehash 函数？

结论

1. 什么时机触发 Rehash 操作？

• 缩容： Redis 定时任务 serverCron 会在每个周期内检查 bucket 的使用情况。当存放 key 的数量和总 bucket 数的比例小于 HASHTABLE_MIN_FILL(10%)，触发缩容 Rehash 操作。
• 扩容：在每次调用 dictAddRaw 新增数据时，会检查 bucket 的使用比例。扩容的条件是以下之一：
  • dict_can_resize = 1 (该参数会在有 COW 操作的子进程运行时更新为 0，防止在子进程操作过程中触发 Rehash，导致内核进行大量的 Page 复制操作)
  • 当前存放的 key 的数量与 bucket 数量的比例超过了 dict_force_resize_ratio(5)

1. 什么时机实际执行 Rehash 函数？

• 定时任务: Redis 定时任务 serverCron 会在每个周期内执行 1ms 渐进式Rehash 操作。
• 附着于其他操作：在 Redis 执行 dictAddRaw, dictGenericDelete, dictFind, dictGetSomeKeys 和 dictGetRandomKey 等操作前会执行 Rehash 操作。

源码分析

dict 结构

dict 结构是 Redis 的主体，所有的用户数据都存在一个 dict 中。 dict 在整个 Redis 架构中的位置如下：

• 一个 Redis 服务有 16 个 redisDb
• 每个 redisDb 都维护着一个数据 dict (负责维护实际用户数据)和超时 dict(负责维护超时时间)。
• dict 中维护着两个存数据的哈希表 dictht(维护两个dictht用于渐进式 Rehash 操作)。rehashidx 记录当前 Rehash 的状态。iterators 维护当前遍历 dict 的情况，类似于读锁。当该值大于 0 时，不能进行 Rehash 操作。(执行 dictScan 时操作会将该值加1)
  

渐进式 Rehash

dictRehash 实际执行 Rehash 操作，代码很简单。大概就是：将旧字典中某个 bucket 的冲突链表按照新的 Hash 规则插入新字典中。其中参数 n 指定本轮操作需要迁移旧字典 bucket 数

执行 Rehash 的时机

• 定时任务
  

1. 在 redis server 初始化时，会注册一个计时器事件, 定时执行 serverCron 任务。关于 redis 的事件循环机制，有机会单独开几篇博客来介绍。挖坑不填系列(不是）
   

2. 定时任务 serverCron 的工作在源码中注释比较详细：触发过期 key 处理、监控服务运行状态、更新统计数据、渐进式 Rehash、触发 BGSAVE/AOF 及结束的子进程、处理客户端超时等等。

   当然咱们这里需要关系的是渐进式 Rehash，serverCron 通过调用 databasesCron 函数来实现。至于其他内容，有机会单独开几篇博客来介绍。挖坑不填系列+1(不是）
   

3. 若没有子进程进行备份操作， databasesCron 会一次检查每个 DB 的表，是否需要 Rehash(见上一小节)。如果存在需要 Rehash 或正在 Rehash 的 DB，则通过 incrementallyRehash 对其进行 Rehash。一次触发仅执行一次(成功的)渐进式 Rehash 操作。
   

4. incrementallyRehash 分别对数据/超时时间字典进行最长 1ms 的 Rehash 操作。该函数如果实际执行了 Rehash 操作，会返回 1。
   

5. dictRehashMilliseconds 每次执行 100 次渐进式 Rehash，持续执行 ms ms。
   

• 附着于其他操作

• _dictRehashStep: 在 dict 执行操作过程中会调用 _dictRehashStep 函数执行一轮 Rehash 操作。
  

• dictAddRaw: 该函数在执行数据插入操作前，会调用 _dictRehashStep 执行一轮 Rehash 操作。
  

• dictGenericDelete: 该函数在执行物理/逻辑删除数据前，会调用 _dictRehashStep 执行一轮 Rehash 操作。
  

• dictFind: 该函数在执行查询数据操作前，会调用 _dictRehashStep 执行一轮 Rehash 操作。
  

• dictGetSomeKeys/dictGetRandomKey: 在数据逐出/过期操作时，会调用 dictGetSomeKeys/dictGetRandomKey 函数获取一些需要操作的 key。这两个函数在获取 key 之前会执行 Rehash 操作。
  

触发 Rehash 的时机

dictExpand 函数根据当前 dict 存放的数据量，触发 Rehash 操作并设置相关参数：将 bucket 的数量扩大/缩小到 _dictNextPower(dict.size)

• 扩容: 在每次新增 key 的时候，会尝试触发扩大 bucket 数。
  

可以看到，扩容的条件是以下之一：

• dict_can_resize = 1 (该参数会在有 COW 操作的子进程运行时更新为 0，防止在子进程操作过程中触发 Rehash，导致内核进行大量的 Page 复制操作)
• 当前存放的 key 的数量与 bucket 数量的比例超过了 dict_force_resize_ratio(5)
• 缩容：定时任务 serverCron 在每个周期会尝试减少 bucket 的数量。
  
  通过源码可以知道，当存放的 key 的数量小于 bucket 数的 10% 时，会触发缩容 Rehash。
  

参考文献

• redis/src - github.com
• graphviz.org
• oxygen - Help you easily generate hand-drawn style diagrams.