Redis 原理 - Hash

Hash 数据结构

1. 使用 ziplist
   
   当同时满足下面两个条件时,使用 ziplist 存储数据
   • 元素个数少于512个 (hash-max-ziplist-entries: 512)
   • 每个元素长度小于64字节 (hash-max-ziplist-value: 64)
2. 不满足上面的条件, 使用 hashtable

Hash使用 ziplist 图解

可以看到, 当hash以ziplist编码存储时,键值对依次按顺序存放在ziplist中,key在前,value在后.

Hash使用 hashtable 图解

哈希表相关的数据结构

//字典
typedef struct dict {
    dictType *type; // 类型特定函数
    void *privdata; // 私有数据
    dictht ht[2]; // 每个字典使用两个哈希表，实现渐进式 rehash
    int rehashidx;   // rehash 索引,当 rehash 不在进行时，值为 -1
    int iterators; // 目前正在运行的安全迭代器的数量
} dict;

//哈希表
typedef struct dictht {
    dictEntry **table; // 哈希表数组
    unsigned long size; // 哈希表大小
    unsigned long sizemask; // 哈希表大小掩码，用于计算索引值, 总是等于 size - 1
    unsigned long used; // 该哈希表已有节点的数量
} dictht;

//哈希表节点
typedef struct dictEntry {
    void *key; // 键
    union {
        void *val; // 值, 正常是指向一个 redisObject
        uint64_t u64;
        int64_t s64;
    } v;
    struct dictEntry *next; // 指向下个哈希表节点，形成链表 (拉链法解决hash冲突)
} dictEntry;

哈希表图解

渐进式rehash流程

当hashtable需要扩容时,redis使用渐进式rehash

1. 为ht[1]分配空间，此时字典同时持有ht[0]和ht[1]
2. 将rehashidx设为0，表示rehash正式开始
3. 在rehash期间，每次对字典执行任意操作时，程序除了执行对应操作之外，还会顺带将ht[0]在rehashidx索引上的所有键值对rehash到ht[1]，操作完后将rehashidx的值 + 1
4. Redis本身也会有事件轮询，哪怕没有命令访问，也会通过轮询事件逐渐完成数据迁移
5. 当rehashidx的值增加到 ht[0].size，此时ht[0]的所有键值对都已经迁移到ht[1]了。程序会把ht[1]赋值给ht[0]，并重新在ht[1]上新建一个空表。将rehashidx重新置为-1，以此表示rehash完成

Redis为什么需要渐进式rehash？

当存在超大的hashTable进行扩容时，如果不去渐进式扩容，单次扩容时间太长,扩容期间Redis服务不可用，将导致线程阻塞

Hash的常用命令

• HSET key field value 将一个或多个field/value插入到哈希表中
• HGET key field 返回key中指定 field 的 value 值
• HKEYS key 返回哈希表 key 中的所有field
• HGETALL key 返回哈希表 key 中，所有的field和value
• HVALS key 返回哈希表 key 中的所有value
• HEXISTS key field 检查哈希表 key 中，field 是否存在
• HDEL key field 删除哈希表 key 中的一个或多个field
• HLEN key 返回哈希表 key 中field的数量
• HSETNX key field value ：将哈希表 key 中的 field 的值设置为 value , 仅当 field 不存在时才会执行