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    浅谈Redis中的字典、哈希算法和ReHash原理

    青灯夜游青灯夜游2021-11-05 10:31:56转载227
    本篇文章带大家了解一下Redis中的字典、哈希算法和ReHash原理,希望对大家有所帮助!

    Redis 中的字典被广泛用于实现Redis的各种功能,其中包括数据库和哈希键。

    字典的底层实现为哈希表,每个字典带有两个哈希表,一个平时使用,另一个在进行rehash扩充空间时才使用。【相关推荐:Redis视频教程

    字典的结构定义

    typedef struct dict {
    	
    	// 类型特定函数
    	dictType *type;
    	
    	// 私有数据
    	void *privdata;
    	
    	// 哈希表,两个元素
    	dictht ht[2]
    	
    	// rehash时记录的索引下标,当没有rehash时,值为-1
    	int rehashidx;
    
    } dict;

    ==在进行 rehash时,rehashidx每迁移一个索引的entry数据就会 + 1;==

    其中,哈希表dictht 的结构定义为:

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

    其中,table是一个数组,数组的每一个元素指向 dictEntry 类型的指针,dictEntry 类型里保存着一个键值对。

    在这里也可以看出哈希表的节点是链表相连来解决哈希冲突问题的,也就是链地址法。

    哈希冲突与哈希算法

    为了实现从键到值的快速访问,Redis使用了哈希表来保存所有键值对。对应Redis设置的Key,而对应的并不是值本身,而是指向具体值的指针。使用哈希表的最大好处就是可以用O(1)的时间复杂度快速找到键值对。但既然是哈希表,那么必然会有着哈希冲突的问题。

    哈希冲突即指的是,当两个key的哈希值和哈希桶计算对应关系时,正好落在了同一个哈希桶上。

    Redis解决哈希冲突的方式是使用链式哈希,即拉链法。当多个元素指向同一个哈希桶时,在同一个哈希桶中采用链表来保存对应的数据,它们之间依次用指针连接。

    哈希算法

    当要将一个新的键值对添加到字典里面时,程序需要先根据键值对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组的指定索引上面。

    reHash 过程

    在哈希表中有个负载因子(load factor)来控制哈希表保存的键值对数量。而这就需要rehash(重新散列)操作来完成。其中,负载因子的计算公式为:

    // 负载因子 = 哈希表已保存的节点数量 / 哈希表大小
    load_factor = ht[0].used / ht[0].size

    哈希表扩展与收缩的条件如下:

    上述的条件有一个满足,就会执行rehash的过程。

    如果服务器正在执行BGSAVE 或者 BGREWRITEAOF时,Redis会创建当前服务器进程的子进程

    rehash的过程大概分为三步:

    其中,第一步分配空间的大小是由当前的rehash操作类型 以及 当前哈希表的键值对数量决定的。

    渐进式reHash

    当哈希表数量多时,如果一下子将数据都复制过去,那么就很有可能对服务器造成影响。所以Redis是分多次进行rehash的,也就是渐进式rehash。

    简单来说就是在第二步操作时,Redis仍然正常处理客户端请求,每处理一个请求时,从哈希表1中的第一个索引位置开始,顺带着将这个索引位置上所有的entries元素拷贝到哈希表2中;等下一次请求时,再顺带拷贝下一个索引位置的entries。

    这样就很巧妙地将一次性大量拷贝的开销,分摊到多次处理请求的过程中了,避免了耗时操作,保证了数据的快速访问。

    rehash时期间的哈希表操作

    在进行 渐进式rehash操作时,字典的删除、查找、更新等操作会在两个哈希表中执行。例如要在字典中查找一个键的话,会先去原表中进行查询,如果找不到就会去新表查询。

    而字典的添加操作一律只会保存在新表中。

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    以上就是浅谈Redis中的字典、哈希算法和ReHash原理的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!

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