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。

接下来的三个小节将分别介绍 Redis 的哈希表、哈希表节点、以及字典的实现。

哈希表

Redis 字典所使用的哈希表由 dict.h/dictht 结构定义：

  1. typedef struct dictht {
  2.  
  3.     // 哈希表数组
  4.     dictEntry **table;
  5.  
  6.     // 哈希表大小
  7.     unsigned long size;
  8.  
  9.     // 哈希表大小掩码，用于计算索引值
  10.     // 总是等于 size - 1
  11.     unsigned long sizemask;
  12.  
  13.     // 该哈希表已有节点的数量
  14.     unsigned long used;
  15.  
  16. } dictht;

table 属性是一个数组，数组中的每个元素都是一个指向 dict.h/dictEntry 结构的指针，每个 dictEntry 结构保存着一个键值对。

size 属性记录了哈希表的大小，也即是 table 数组的大小，而 used 属性则记录了哈希表目前已有节点（键值对）的数量。

sizemask 属性的值总是等于 size - 1 ，这个属性和哈希值一起决定一个键应该被放到 table 数组的哪个索引上面。

图 4-1 展示了一个大小为 4 的空哈希表（没有包含任何键值对）。

字典的实现 - 图1

哈希表节点

哈希表节点使用 dictEntry 结构表示，每个 dictEntry 结构都保存着一个键值对：

  1. typedef struct dictEntry {
  2.  
  3.     // 键
  4.     void *key;
  5.  
  6.     // 值
  7.     union {
  8.         void *val;
  9.         uint64_t u64;
  10.         int64_t s64;
  11.     } v;
  12.  
  13.     // 指向下个哈希表节点，形成链表
  14.     struct dictEntry *next;
  15.  
  16. } dictEntry;

key 属性保存着键值对中的键，而 v 属性则保存着键值对中的值，其中键值对的值可以是一个指针，或者是一个 uint64_t 整数，又或者是一个 int64_t 整数。

next 属性是指向另一个哈希表节点的指针，这个指针可以将多个哈希值相同的键值对连接在一次，以此来解决键冲突（collision）的问题。

举个例子，图 4-2 就展示了如何通过 next 指针，将两个索引值相同的键 k1 和 k0 连接在一起。

字典的实现 - 图2

字典

Redis 中的字典由 dict.h/dict 结构表示：

  1. typedef struct dict {
  2.  
  3.     // 类型特定函数
  4.     dictType *type;
  5.  
  6.     // 私有数据
  7.     void *privdata;
  8.  
  9.     // 哈希表
  10.     dictht ht[2];
  11.  
  12.     // rehash 索引
  13.     // 当 rehash 不在进行时，值为 -1
  14.     int rehashidx; /* rehashing not in progress if rehashidx == -1 */
  15.  
  16. } dict;

type 属性和 privdata 属性是针对不同类型的键值对，为创建多态字典而设置的：

  • 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。
  • 而 privdata 属性则保存了需要传给那些类型特定函数的可选参数。
  1. typedef struct dictType {
  2.  
  3.     // 计算哈希值的函数
  4.     unsigned int (*hashFunction)(const void *key);
  5.  
  6.     // 复制键的函数
  7.     void *(*keyDup)(void *privdata, const void *key);
  8.  
  9.     // 复制值的函数
  10.     void *(*valDup)(void *privdata, const void *obj);
  11.  
  12.     // 对比键的函数
  13.     int (*keyCompare)(void *privdata, const void *key1, const void *key2);
  14.  
  15.     // 销毁键的函数
  16.     void (*keyDestructor)(void *privdata, void *key);
  17.  
  18.     // 销毁值的函数
  19.     void (*valDestructor)(void *privdata, void *obj);
  20.  
  21. } 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] 哈希表只会在对 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，如果目前没有在进行 rehash ，那么它的值为 -1 。

图 4-3 展示了一个普通状态下（没有进行 rehash）的字典：

字典的实现 - 图3