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Redis內部數據結構Dict的實現方法_Redis

作者：鳳瀾 ? 更新時間： 2022-07-17 編程語言

我們平時用Redis的時候，只是了解到了它對外的一些結構，如：string、list、set、hash、zset，但是我們卻很少能了解到Redis內部用的存儲結構，小編將在這篇文章和大家秀一下Redis中的一個內部結構——dict。

一、dict是什么

不知道大家在用Redis的時候有沒有注意到，我們在使用大多數Redis命令的時候，都會讓你輸入一個key，后面才會讓你輸入具體的值。

我們本篇文章所述的dict在Redis中最主要的作用就是用于維護Redis數據庫中所有Key、value映射的數據結構，也就是我們在輸入set、zadd等命令時輸入的key與后面值的映射。321，上代碼。代碼來源(dict.h)。 如下代碼所示，dict結構體里面有一個dictht 數組，dictht 里面的dictEntry 就是具體存放key、value映射關系的。

typedef struct dictEntry {
    void *key;
    union {
        void *val;
        uint64_t u64;
        int64_t s64;
        double d;
    } v;
    struct dictEntry *next;
} dictEntry;
typedef struct dictht {
    dictEntry **table;
    unsigned long size; //  hashtable 容量
    unsigned long sizemask;  // size -1
    unsigned long used;  // hashtable 元素個數   used / size =1
} dictht;
typedef struct dict {
    dictType *type;
    void *privdata;
    dictht ht[2];// ht[0] , ht[1] =null
    long rehashidx; /* rehashing not in progress if rehashidx == -1 */
    unsigned long iterators; /* number of iterators currently running */
} dict;

小貼紙：dictEntry 中用到了union聯合體這種結構。也就是多個變量的結構同時使用一塊內存區域，區域的取值大小為該結構中長度最大的變量的值。這有利于減少內存碎片，提高內存利用率，在Java中的壓縮指針技術就用到了聯合體。

二、dict數據結構

1.結構梳理

我們仔細看上面代碼中的結構，小編可以直接告訴你，其實它就是一個哈希表結構，在Java中相當于一個HashMap，因為Redis需要保證快速響應，所以選擇哈希表作為存儲結構是一個不錯的決定。我們這里只一起了解結構中存具體數據的部分。

  • dictEntry：其實它就是一個鏈表結構，里面維護了key、value。
  • dictht ：它維護了一個dictEntry 指針數組。 雖然我們肉眼能看到定義的是指針的指針，dictEntry **table。但其實指針的指針是指向了dictEntry 數組指針的首地址。Redis源碼里大多會這么用 table[index]。指針這塊有點繞，可以暫時直接認為它就是一個指針數組。
  • dict： dict里面維護了一個dictht ht[2] 數組，相當于兩個dictht 結構。為什么要存兩個dictht 結構呢。因為既然是哈希表那就要涉及到擴容，redis是單線程的，不可能一下子將所有的數據都轉移到新的哈希表中，這樣可能會造成服務長時間不可用，所以它退而求其次，選擇了"漸進式擴容"。

小貼紙：Redis中的漸進式擴容，采用的是在內存中放置兩個哈希表結構，無需擴容時，使用的是哈希表0，在擴容期間，將擴容標識設置為true，當有新數據進來的時候，發現正在擴容，就會在將新數據直接放入哈希表1。而表0中的數據會在每次有請求命令并且請求的數據在表0中時，將請求命令涉及到的數據直接掛到表1上。 在擴容期間如果執行查找命令會查找表0+表1的數據。

當然，Redis如果一直不執行命令的話。它也會有一個后臺定時任務，對字典進行主動搬遷，它不會對未完成的事置之不理

// 服務器定時任務
void databaseCron() {
    ...
    if (server.activerehashing) {
        for (j = 0; j < dbs_per_call; j++) {
            int work_done = incrementallyRehash(rehash_db);
            if (work_done) {
                /* If the function did some work, stop here, we'll do
                 * more at the next cron loop. */
                break;
            } else {
                /* If this db didn't need rehash, we'll try the next one. */
                rehash_db++;
                rehash_db %= server.dbnum;
            }
        }
    }
}

2. 擴容條件

  • 當hash表中元素的個數等于數組長度時，就會開始擴容，擴容的新數組是原數組的2倍。
  • 當Redis發生其他情況沒有在元素個數等于數組長度時擴容，那么Redis會有一個強制擴容的條件，就是元素個數達到數組長度5倍時進行強制擴容。
/* Expand the hash table if needed */
static int _dictExpandIfNeeded(dict *d)
{
    /* Incremental rehashing already in progress. Return. */
    if (dictIsRehashing(d)) return DICT_OK;

    /* If the hash table is empty expand it to the initial size. */
    if (d->ht[0].size == 0) return dictExpand(d, DICT_HT_INITIAL_SIZE);

    /* 元素個數大于等于數組長度&&（能擴容(bgsave時盡量不擴容)或元素大于5倍時強制擴容）
	 * static unsigned int dict_force_resize_ratio = 5;
	 */
    if (d->ht[0].used >= d->ht[0].size &&
        (dict_can_resize ||
         d->ht[0].used/d->ht[0].size > dict_force_resize_ratio))
    {
        return dictExpand(d, d->ht[0].used*2);
    }
    return DICT_OK;
}

3. 縮容條件

既然有擴容，當前就有縮容，要不占那么大內存不是浪費嗎？

  • 當元素小于數組長度的10%時進行縮容。
int htNeedsResize(dict *dict) {
    long long size, used;

    size = dictSlots(dict);
    used = dictSize(dict);
    return (size > DICT_HT_INITIAL_SIZE &&
            (used*100/size < HASHTABLE_MIN_FILL));
}

dict結構的實現相對來說比較簡單，本文就介紹到這。

原文鏈接：https://juejin.cn/post/7099287570235785223

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