Redis_字典[通俗易懂]

大家好，又见面了，我是全栈君。

阅读本文之前要了解的两件事情，第一，Redis是一种Key-Value数据库，第二，字典是一种保存键值对的抽象数据结构。所以不难猜出字典在Redis中应用一定很广泛，实际上，Redis数据库的底层实现就是字典，对数据库的增删查改也是构建在对字典的操作上。那么想要深入理解Redis，字典的解密是不可缺少的。接下来，就让我们一层一层解开指点的面纱，看看它的真面目。

首先看看Redis中有哪些地方使用到了字典

一，数据库键空间

Redis是一个键值对数据库server，server中的每一个数据库都是一个RedisDB结构，当中RedisDb结构的dict字典保存了数据库中的全部键值对。我们将这个字典称为键空间(key space)，键空间和用户直接所见的数据库是直接相应的

二。 Expires字典

Redis数据库结构是一个RedisDb结构，有一个属性expires也是字典，这个字典中保存了数据库中全部键的过期时间，我们称这个字典叫做过期字典

以下贴出RedisDb的数据结构。加深了理解。

三。字典是Hash类型的底层实现之中的一个
这里之所以说是之中的一个。是应为Hash类型的实现能够是多种类型，在不同的场景下能够是不同的类型，但一个哈希键中包括的键值对照较多。有或者是键值对中元素都是比較长的字符串的时候。就会使用字典作为底层实现。否则就是压缩列表作为底层实现。
【注意】键空间中的键和过期字典中的键都指向都一个键对象，所以不会出现不论什么反复对象，也不会浪费内存空间。

然后我们来了解一下在Redis中字典是怎样实现的。

字典的定义在dict.h/dict中给出了，例如以下：

typedef struct dict {
    dictType *type;
    void *privdata;
    dictht ht[2];
    long rehashidx; /* rehashing not in progress if rehashidx == -1 */
    int iterators; /* number of iterators currently running */
} dict;

这是一个哈希表。table数组中的每一个元素都是指向一个dictEntry结构的指针，size是哈希表的大小。也就是table数组的大小。sizemask属性总是等于size-1 ，sizemask和哈希值一起决定将一个键应该被放到那个数组上，used表示眼下哈希表有多少个节点，used/size 是一个哈希表的负载因子，这个因子决定了什么时候后对哈希表进行扩展和收缩。

typedef struct dictht {
    dictEntry **table;
    unsigned long size;
    unsigned long sizemask;
    unsigned long used;
} dictht;

以下是一个哈希表节点，每一个dictEntry结构都保持着一个键值对，当中next指针能够将多个哈希值同样的键值对连接在一起，一次来解决键冲突的问题(这里能够引申出哈希函数以及哈希冲突解决方式。Redis中使用的解决方式是链地址法，就是。假设多个值通过哈希函数得到的哈希值是同样的，那么就链接到这个地址后，另一种解决哈希冲突的方案。就是寻地址法。就是当出现哈希冲突的时候，对键值对在进行一个哈希函数。得到一个没有被占用的地址为止，这两种方案各有利弊，链地址法可能会退化成一个链表。寻地址法可能在后期插入时，全是冲突)

typedef struct dictEntry {
    void *key;
    union {
        void *val;
        uint64_t u64;
        int64_t s64;
        double d;
    } v;
    struct dictEntry *next;
} dictEntry;

另一个须要说的地方，就是哈希表的rehash

随着操作的不断运行，一个哈希表中保存的键值对会越来越多或者是越来越少，哈希表中键值对数量过多或者过少都是不好的，过多，就会相当于是多个链表。过少也不好，查找的命中率也会非常低。将哈希表的负载因子(used/size)维持在一个范围之类是最好的。所以，当哈希表的数量过大或者过小的时候。程序会对哈希表进行扩展或者收缩，

扩展好理解，假设size=4 ，可是used=8，相当于每一个键的后面都有个链，这样查找起来是费劲的。这个时候能够通过Rehash来进行完毕，注意dict数据结构中的那个

dictht ht[2]，这里是两个dictht，当中ht[1]是空暇的，在进行扩展的时候现将ht[1]扩展成ht[0]的两倍，然后将ht[0]中的键值对一个一个哈希到ht[1]中去。最后将ht[1]设置为ht[0]

这里须要注意的是rehash的时机。通常是负载因子大于5的时候扩展，负载因子小于0.1的时候收缩，另一个问题是字典中有个属性是rehashidx。这个属性标志rehash的状态，假设是0，表示rehash正式開始。然后没rehash一个键值对。就将这个值加一，当ht[0]的值所有被转移到ht[1]的时候。就将这个值设置成-1。表示rehash操作完毕。

事实上还有非常多要说的。比方渐进式rehash，渐进式就说说rehash过程不是一次性完毕的，而是分多次，渐进式完毕的，在rehash过程中，全部的删除，查找。更新都会在两个哈希表中进行。比如，假设查找一个元素，ht[0]中没有，那么就去ht[1]中查找，新加入的一律都是加入到ht[1]中，ht[0]中不再进行不论什么加入操作

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