Redis源码解析2 - Dict结构
DICT数据结构
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Dict其实就是一个hash表，但在Redis中，已经存在一种叫“Hash”的数据结构，所以，就把Hash表改名成Dict吧。。。
Dict是Redis进行键值处理的灵魂，不管多大的数据量，始终维持O(1)的时间复杂度（排除bucket下链表很长的情况）
全局保存的所有key，都存在于一个Dict中
而且别的数据结构，比如set、hash也可能会用到Dict
Dict实现于 dict.h dict.c 两个文件中
其类型定义如下图：
1. dict：表示一个独立的dict结构，提供给外部使用
1 typedef struct dict { 2 dictType *type; // 定义了元素操作的回调函数 3 void *privdata; 4 dictht ht[2]; // 每个dict有两个dictht结构，一个是主操作对象，一个是辅助操作对象，在Rehash时进行数据转移 5 int rehashidx; /* rehashing not in progress if rehashidx == -1 */ 6 int iterators; /* number of iterators currently running */ 7 } dict;
2. dictht：表示一个独立的dict容器，内部使用，外部程序不建议直接操作该结构
1 typedef struct dictht { 2 dictEntry **table; //容纳entry的二维数组 3 unsigned long size; //bucket的数量（bucket是次于table的一级数组，其下挂载了一个entry链表） 4 unsigned long sizemask; //对hashid进行取模的模数 5 unsigned long used; //该结构中entry的总数量 6 } dictht;
3. dictEntry：数据结点，其实就是一个kv键值对，还包含一个next指针
1 typedef struct dictEntry { 2 void *key; 3 void *val; 4 struct dictEntry *next; 5 } dictEntry;
4. dictType：定义了一组回调函数，进行数据结点的操作
typedef struct dictType { unsigned int (*hashFunction)(const void *key); // 生成hashid void *(*keyDup)(void *privdata, const void *key); //生成key void *(*valDup)(void *privdata, const void *obj); //生成val int (*keyCompare)(void *privdata, const void *key1, const void *key2); //key比较 void (*keyDestructor)(void *privdata, void *key); //销毁key void (*valDestructor)(void *privdata, void *obj); //销毁val } dictType;
DICT操作
Redis中的dict是一个标准的 “bucket + 开链” 的哈希表
并未进行更复杂的处理
包括防止哈希冲突导致开链过长的问题，也没有考虑
如果精心构造一串key来打redis，很容易打死的
所以，企业级应用的同学们，如果你的Redis服务对用户比较Open，别下个源码就用了，还是动手改改HashFunction再用吧！
Redis用两个dictht结构，作用是为了能够渐进地导数据，防止Rehash时阻塞时间太长
这种做法在memcache中就已经用了，不过memcache中是开辟一个线程专门做rehash而已
相比之下，不开线程的处理方式不用锁，BUG更少一些
命名空间
Redis中的Dict分为两类：
1. 系统级Dict，具有全局的命名空间，其定义如下：
typedef struct redisDb { dict *dict; /* The keyspace for this DB */ dict *expires; /* Timeout of keys with a timeout set */ dict *blocking_keys; /* Keys with clients waiting for data (BLPOP) */ dict *io_keys; /* Keys with clients waiting for VM I/O */ dict *watched_keys; /* WATCHED keys for MULTI/EXEC CAS */ int id; } redisDb;
2. 应用级Dict，由metadata数据结构自己维护，主要是一些 set、hash结构中的dict
如下图：
Rehash
当满足以下条件时，会启动Rehash
1 // 当有效空间使用率 < 10%时， 2 // 该函数返回true，进行空间回收 3 int htNeedsResize(dict *dict) { 4 long long size, used; 5 6 size = dictSlots(dict); 7 used = dictSize(dict); 8 return (size && used && size > DICT_HT_INITIAL_SIZE && 9 (used*100/size < REDIS_HT_MINFILL)); 10 }
1 // 当有效空间使用率 > 100%时， 2 // 该函数返回OK，进行dict扩容 3 static int _dictExpandIfNeeded(dict *d) 4 { 5 ... ... 6 7 if (d->ht[0].used >= d->ht[0].size && 8 (dict_can_resize || 9 d->ht[0].used/d->ht[0].size > dict_force_resize_ratio)) 10 { 11 return dictExpand(d, ((d->ht[0].size > d->ht[0].used) ? 12 d->ht[0].size : d->ht[0].used)*2); 13 } 14 return DICT_OK; 15 }
Rehash启动后，就要开始进行Rehash操作了
但是，Rehash的代价是很大的，特别是当容量超过千万级以后，往往会耗费数十秒来进行操作（视机器性能）
所以，Redis采用了渐进式的Rehash，把操作分片，一步步来，总不能阻塞用户响应吧
根据Dict的类型不同，会采用不同的Rehash策略：
1. 全局性的DICT结构（就是全局命名空间中的key），会周期性的进行rehash，每次进行 1ms
而且，不受稍后提到的 SafeIterator的干扰，可以一直执行（但是，不受干扰是一回事，在iterator循环空间中，还是得用Safe模式的，所以，源码中也会看到大量针对全局dict的SafeIterator，这一点需要理解一下）
毕竟，全局的，是重要的嘛，挤也要挤出1ms来，用吧！而且还甭想打扰它，别不服气了
2. 应用级DICT结构（就是用户自定义的一些DICT），Redis会采取一种 Lazy Rehash 的策略
所谓 Lazy Rehash，就是用得越多，处理得越快；用得越少，处理得越慢
什么叫“用”呢？
很好理解，“增删查”操作都叫用，源码里对应：dictAdd、dictGenericDelete、dictFind、dictGetRandomKey操作，都会促发_dictRehashStep函数进行Rehashing
但别高兴太早，每次只触发一条而已，所以，慢慢来吧~~
Iterator
由于Dict内部结构的复杂性，提供一个遍历所有数据的iterator，是非常必要的
Dict提供两种Iterator:
1. dictGetIterator：普通iter，在遍历时不可对dict做更多操作，否则会引起数据遗漏或重复
2. dictGetSafeIterator：安全iter，什么操作都能做，安全的，你懂的。
可以参考上图理解这一点，不再赘述
DictType
dictType 定义了dict的操作行为。Redis预定义了一组dictType，规范各种类型dict的操作
相关代码如下：
1 /* set集合 */ 2 dictType setDictType = { 3 dictEncObjHash, /* hash function */ 4 NULL, /* key dup */ 5 NULL, /* val dup */ 6 dictEncObjKeyCompare, /* key compare */ 7 dictRedisObjectDestructor, /* key destructor */ 8 NULL /* val destructor */ 9 }; 10 11 /* zset集合 */ 12 dictType zsetDictType = { 13 dictEncObjHash, /* hash function */ 14 NULL, /* key dup */ 15 NULL, /* val dup */ 16 dictEncObjKeyCompare, /* key compare */ 17 dictRedisObjectDestructor, /* key destructor */ 18 NULL /* val destructor */ 19 }; 20 21 /* 全局key存储空间 */ 22 dictType dbDictType = { 23 dictSdsHash, /* hash function */ 24 NULL, /* key dup */ 25 NULL, /* val dup */ 26 dictSdsKeyCompare, /* key compare */ 27 dictSdsDestructor, /* key destructor */ 28 dictRedisObjectDestructor /* val destructor */ 29 }; 30 31 /* 全局过期对象存储空间 */ 32 dictType keyptrDictType = { 33 dictSdsHash, /* hash function */ 34 NULL, /* key dup */ 35 NULL, /* val dup */ 36 dictSdsKeyCompare, /* key compare */ 37 NULL, /* key destructor */ 38 NULL /* val destructor */ 39 }; 40 41 /* 命令对象 */ 42 dictType commandTableDictType = { 43 dictSdsCaseHash, // 命令是大小写不敏感的 44 NULL, /* key dup */ 45 NULL, /* val dup */ 46 dictSdsKeyCaseCompare, // 命令是大小写不敏感的 47 dictSdsDestructor, /* key destructor */ 48 NULL /* val destructor */ 49 }; 50 51 /* hash结构 */ 52 dictType hashDictType = { 53 dictEncObjHash, /* hash function */ 54 NULL, /* key dup */ 55 NULL, /* val dup */ 56 dictEncObjKeyCompare, /* key compare */ 57 dictRedisObjectDestructor, /* key destructor */ 58 dictRedisObjectDestructor /* val destructor */ 59 }; 60 61 /* val为链表的dict结构 62 主要是 expire、watch、pubsub 等功能会用到*/ 63 dictType keylistDictType = { 64 dictObjHash, /* hash function */ 65 NULL, /* key dup */ 66 NULL, /* val dup */ 67 dictObjKeyCompare, /* key compare */ 68 dictRedisObjectDestructor, /* key destructor */ 69 dictListDestructor /* val destructor */ 70 };
