Redis 数据类型-字典

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字典又称符号表,关联数组或映射,是一种用于保存键值对的抽象数据结构。在字典中,一个键和一个值进行关联,键是独一无二的;同链表一样C语言并没有内置这种数据结构,Redis构建了自己的字典实现。字典的应用相当广泛,Redis的数据库就是用字典来底层实现的,对数据库的增删改查也是构建在字典的操作之上的。字典还是哈希键的底层实现之一

a) 字典的实现

Redis的字典使用哈希表作为底层实现,一个哈希表里面可以有多个哈希表节点,而每个哈希表节点就保存了字典中的一个键值对。

1. 哈希表

Typedef stuct 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;

}dictht;

Table属性是一个数组,数组中的每个元素都是一个指向dictEntry结构的指针,每个dictEntry结构保存一个键值对。Size属性记录了哈希表的大小,即table数组大小,used属性记录了哈希表目前已有节点的数量。Sizemask的值总是等于size-1,这个属性和哈希值一起决定一个键应该放到table数组的哪个索引上。

2. 哈希表节点

哈希表节点使用dictEntry结构,每个dictEntry结构保存一个价值对

typedef struct dictentry{

void *key; //键

union {

void *val;

uint64_tu64;

int64_ts64;

}v; //值

Struct dictEntry *next;

}dictEntry;

Key属性保存着键值对中的键,v属性保存着值(三种类型,值的指针,uint64_t整数,int64_t整数);next指向另一个哈希节点的指针,这个指针将多个哈希值相同的键值对连接在一起

字典

Redis中的字典由dict.h/dict的结构表示:

typedef struct dict {

   dictType *type; //类型特定函数

   void *privdata; //私有数据

   dicht ht[2]; //哈希表

   int trehashidx; /*rehashind not in progress of rehashidx == -1 */ //rehash索引 当      rehash不在进行时,值为-1

}

type属性是一个指向dictType结构的指针,每个dictType结构保存了一簇用于操作特定类型键值对的函数,Redis会为用途不同的字典设置不同的类型特定函数

privdata属性则爆粗了需要传给那些类型特定函数的可选参数

typedef struct dictType{

    unsigned int (*hashFunction) (const void *key); //计算哈希值得函数

    void *(*keyDup) (void *privdata,const void *key); //复制键的函数

    void *(*valDup)(void *privdata, const void *obj); //复制值得函数

    int (*keyCompare) (void *privdata, const void *key1, const void *key2); //对比键的函数

    void (*keyDestructor)(void *privdata, void *key); //销毁键的函数

}dictType

ht属性是一个包含两个项的数组,数组中的每个项都是一个dictht哈希表,一般情况下,字典只使用ht[0]哈希表,ht[1]哈希表只会对ht[0]哈希表进行rehash时使用。

除了ht[1]之外,另一个和rehash有关的属性就是rehashidx,它记录了rehash目前的进度,如果没有进行rehash,那么它的值为-1。

当要将一个新的键值对添加到字典里面时,程序需要先根据兼职对的键计算出哈希值和索引值,然后再根据索引值,将包含新键值对的哈希表节点放到哈希表数据的指定索引上面。

Redis计算哈希值和索引值的方法如下:

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;

解决键冲突

当有两个或以上数量的键被分配到哈希数组的同一个索引上面是,我们称这些键发生了冲突。Redis的哈希表使用链接地址法来解决键冲突,每个哈希表节点都已一个next指针,多个哈希表节点可以使用next支撑构成一个单向链表,被分配到同一个索引上的多个节点可以用这个单向链表连接起来,这就解决了键冲突的问题。

rehash

随着操作的不断进行,哈希表保存的键值对会逐渐的增多或者减少,为了让哈希表的负载因子维持在一个合理的范围之内,当哈希表保存的键值对数量太多或者太少时,程序需要对哈希表的大小进行相应的扩展或者收缩。

扩展和收缩哈希表的工作可以通过执行rehash操作来完成,Redis对字典的哈希表执行rehash的步骤如下:

1) 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2n(2的n次方幂);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2n.

  1. 将保存在ht[0]中的所有键值对rehash到ht[1]上面:rehash指的是重新计算键的哈希值和索引值,然后将键值对放置到ht[1]哈希表的指定位置上。

3)当ht[0]包含的所有键值对都迁移到ht[1]之后(ht[0]变为空表),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未下一次rehash做准备。