Redis内部数据结构Dict的实现方法

时间：2022-11-25 10:41:07|栏目：Redis|点击：次

一、dict是什么

不知道大家在用Redis的时候有没有注意到，我们在使用大多数Redis命令的时候，都会让你输入一个key，后面才会让你输入具体的值。

我们本篇文章所述的dict在Redis中最主要的作用就是用于维护Redis数据库中所有Key、value映射的数据结构，也就是我们在输入set、zadd等命令时输入的key与后面值的映射。321，上代码。代码来源(dict.h)。如下代码所示，dict结构体里面有一个dictht 数组，dictht 里面的dictEntry 就是具体存放key、value映射关系的。

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 元素个数   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;

小贴纸：dictEntry 中用到了union联合体这种结构。也就是多个变量的结构同时使用一块内存区域，区域的取值大小为该结构中长度最大的变量的值。这有利于减少内存碎片，提高内存利用率，在Java中的压缩指针技术就用到了联合体。

二、dict数据结构

1.结构梳理

我们仔细看上面代码中的结构，小编可以直接告诉你，其实它就是一个哈希表结构，在Java中相当于一个HashMap，因为Redis需要保证快速响应，所以选择哈希表作为存储结构是一个不错的决定。我们这里只一起了解结构中存具体数据的部分。

dictEntry：其实它就是一个链表结构，里面维护了key、value。
dictht ：它维护了一个dictEntry 指针数组。虽然我们肉眼能看到定义的是指针的指针，dictEntry **table。但其实指针的指针是指向了dictEntry 数组指针的首地址。Redis源码里大多会这么用 table[index]。指针这块有点绕，可以暂时直接认为它就是一个指针数组。
dict： dict里面维护了一个dictht ht[2] 数组，相当于两个dictht 结构。为什么要存两个dictht 结构呢。因为既然是哈希表那就要涉及到扩容，redis是单线程的，不可能一下子将所有的数据都转移到新的哈希表中，这样可能会造成服务长时间不可用，所以它退而求其次，选择了"渐进式扩容"。

小贴纸：Redis中的渐进式扩容，采用的是在内存中放置两个哈希表结构，无需扩容时，使用的是哈希表0，在扩容期间，将扩容标识设置为true，当有新数据进来的时候，发现正在扩容，就会在将新数据直接放入哈希表1。而表0中的数据会在每次有请求命令并且请求的数据在表0中时，将请求命令涉及到的数据直接挂到表1上。在扩容期间如果执行查找命令会查找表0+表1的数据。

当然，Redis如果一直不执行命令的话。它也会有一个后台定时任务，对字典进行主动搬迁，它不会对未完成的事置之不理

// 服务器定时任务
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. 扩容条件

当hash表中元素的个数等于数组长度时，就会开始扩容，扩容的新数组是原数组的2倍。
当Redis发生其他情况没有在元素个数等于数组长度时扩容，那么Redis会有一个强制扩容的条件，就是元素个数达到数组长度5倍时进行强制扩容。

/* 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);

    /* 元素个数大于等于数组长度&&（能扩容(bgsave时尽量不扩容)或元素大于5倍时强制扩容）
	 * 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. 缩容条件

既然有扩容，当前就有缩容，要不占那么大内存不是浪费吗？

当元素小于数组长度的10%时进行缩容。

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结构的实现相对来说比较简单，本文就介绍到这。

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