Redis源码学习四、字典

Redis源码学习四、字典

字典介绍

字典，又称符号表（symbol table）、关联数组或映射（map），是一种用于保存键值对（key-value）的抽象数据结构。

在字典中，一个键(key)可以和一个值（value）进行关联（或者说将键值对隐射为值），这些关联的键和值就称为键值对。

字典中的每个键都是独一无二的，程序可以在字典中根据键查找与之关联的值，或者通过键来跟新值，又或者根据键来删除整个键值对，等等。

字典经常作为一种数据结构内置在很多高级语言里面，但Redis所使用的C语言并没有内置这种数据结构，因此Redis构建了自己的字典实现。

字典在Redis中的应用相当广泛，比如Redis的数据库就是使用字典来作为底层实现的，对数据库的增删改查操作也是构建在对字典的操作之上的。

举个例子：当我们执行命令：

redis>SET msg "hello world"

ok

在数据库中创建了一个键为“msg”， 值为“hello world”的键值对时，这个键值对就是保存在代表数据库的字典里面的。

除了用于表示数据库之外，字典还是哈希键的底层实现之一，当一个哈希键包含的键值对比较多，又或者键值对中的元素都是比较长的字符串时，Redis就会使用字典作为哈希键的底层实现。

举个例子：website是一个包含了10086个键值对的哈希键，这个哈希键的键都是一些数据库的名字，而键的值就是数据库的主页地址。

redis>HLEN website

(integer)10086

redis>HGETALL website

1)"Redis"

2)"Redis.io"

3)"MongoDB"

4)"MongoDB.org"

.....

website的底层实现就是一个字典，字典包含了10086个键值对。

字典的实现

Redis的字典实现使用哈希表作为底层实现，一个哈希表里面可以包含有多个哈希表节点，而每个哈希表节点就保存了字典中的一个键值对。

哈希表

Redis使用的哈希表由dict.h/dictht结构体定义：

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
//总是等于size-1
unsigned long sizemask;

//哈希表已有节点的数量
unsigned long used;
}dictht;

table是一个数组，用于指向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。

哈希表节点

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

typedef struct dictEntry
{
//键
void *key;

//值
union{
void *val;
uint64_tu64;
int64_ts64;
}v;

//指向下一个哈希表节点，形成链表
struct dictEntry *next;
}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起，因此来解决键冲突（collision）的问题。

字典

typedef struct dict
{

//特定类型函数
dictType *type;

//私有数据
void *privadata;

//哈希表
dictht ht[2];

//rehash索引
//当rehash不在进行时，值为-1
rehashindex = -1;
}dict;

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。

typedef struct dictType
{

//计算哈希值的函数
unsigned int (*hashFunction)(const void *key);

//复制键的函数
void *(*keyDup)(void *privdata, const void *key);

//复制值的函数
void *(*valDup)(void *privdata, const void *obj);

//对比键的函数
int (*keyCompare)(void *privdata, const void *key1, const void *key2);

//销毁键的函数
void (*keyDestructor)(void *privdata, void *key);

//销毁值的函数
void (*valDestructor)(void *privdata, void *obj);
}dictType;

ht属性是一个包含了两个项的数组，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rehashindex，它记录了rehash目前的速度，如果目前没有在进行rehash,那么它的值为-1.

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的键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。

Redis计算哈希值和索引值的方法如下：
#使用字典设置哈希函数，计算键key的哈希值
hash = dict->type->hashFunction(key);
#使用哈希表的sizemask属性和哈希值，计算出索引值
#根据情况不同，ht[x]可以是ht[0]或者ht[1]
index = hash & dict->ht[x].sizemask;

当字典被用作数据库的底层实现或者哈希键的底层实现时，Redis使用MurmurHash2算法来计算哈希键的哈希值。
MurmurHash算法最初是由Austin Appleby于2008年发明，这种算法的有点在于，即使输入的键是有规律的，算法仍能给出一个很好的随机分分布性，并且算法的计算速度也非常快。