字典的实现

实现字典的方法有很多种：

• 最简单的就是使用链表或数组，但是这种方式只适用于元素个数不多的情况下；

• 要兼顾高效和简单性，可以使用哈希表；

• 如果追求更为稳定的性能特征，并且希望高效地实现排序操作的话，则可以使用更为复 杂的平衡树；

在众多可能的实现中，Redis 选择了高效且实现简单的哈希表作为字典的底层实现。

dict.h/dict 给出了这个字典的定义：

/*

* 字典

*

* 每个字典使用两个哈希表，用于实现渐进式 rehash

*/

typedef struct dict { // 特定于类型的处理函数 dictType *type;

// 类型处理函数的私有数据 void *privdata;

// 哈希表（2 个）

dictht ht[2];

// 记录 rehash 进度的标志，值为-1 表示 rehash 未进行 int rehashidx;

// 当前正在运作的安全迭代器数量 int iterators;

} dict;

以下是用于处理 dict 类型的 API ，它们的作用及相应的算法复杂度：

14 Chapter 1. 内部数据结构

Redis 设计与实现, 第一版

操作 函数 算法复杂度

创建一个新字典 dictCreate O(1)

添加新键值对到字典 dictAdd O(1)

添加或更新给定键的值 dictReplace O(1) 在字典中查找给定键所在的节点 dictFind O(1) 在字典中查找给定键的值 dictFetchValue O(1) 从字典中随机返回一个节点 dictGetRandomKey O(N ) 根据给定键，删除字典中的键值对 dictDelete O(1)

清空并释放字典 dictRelease O(N )

清空并重置（但不释放）字典 dictEmpty O(N )

缩小字典 dictResize O(N )

扩大字典 dictExpand O(N )

对字典进行给定步数的 rehash dictRehash O(N ) 在给定毫秒内，对字典进行 rehash dictRehashMilliseconds O(N ) 注意 dict 类型使用了两个指针分别指向两个哈希表。

其中，0 号哈希表（ht[0]）是字典主要使用的哈希表，而 1 号哈希表（ht[1]）则只有在程序 对 0 号哈希表进行 rehash 时才使用。

接下来两个小节将对哈希表的实现，以及哈希表所使用的哈希算法进行介绍。

哈希表实现

字典所使用的哈希表实现由 dict.h/dictht 类型定义：

/*

* 哈希表

*/

typedef struct dictht {

// 哈希表节点指针数组（俗称桶，bucket）

dictEntry **table;

// 指针数组的大小 unsigned long size;

// 指针数组的长度掩码，用于计算索引值 unsigned long sizemask;

// 哈希表现有的节点数量 unsigned long used;

} dictht;

table 属性是一个数组，数组的每个元素都是一个指向 dictEntry 结构的指针。

每个 dictEntry 都保存着一个键值对，以及一个指向另一个 dictEntry 结构的指针：

/*

* 哈希表节点

*/

// 值 union {

void *val;

uint64_t u64;

int64_t s64;

} v;

// 链往后继节点

struct dictEntry *next;

} dictEntry;

next 属性指向另一个 dictEntry 结构，多个 dictEntry 可以通过 next 指针串连成链表，从 这里可以看出，dictht使用链地址法来处理键碰撞：当多个不同的键拥有相同的哈希值时，哈 希表用一个链表将这些键连接起来。

下图展示了一个由 dictht 和数个 dictEntry 组成的哈希表例子：

dictht table size: 4 sizemask: 3

used: 3 key1 value1 next

dictEntry key2 value2 next

dictEntry key3 value3 next

NULL

rehashidx: -1 iterators: 0

dictht table size: 4 sizemask: 3

used: 3 ht[0]

dictht table size: 0 sizemask: 0

used: 0 key1 value1 next

dictEntry key2 value2 next

dictEntry key3 value3 next

NULL

NULL

NULL

NULL

16 Chapter 1. 内部数据结构

Redis 设计与实现, 第一版

在上图的字典示例中，字典虽然创建了两个哈希表，但正在使用的只有 0 号哈希表，这说明字 典未进行 rehash 状态。

哈希算法

Redis 目前使用两种不同的哈希算法：

1. MurmurHash2 32 bit 算法：这种算法的分布率和速度都非常好，具体信息请参考 Mur-murHash 的主页：http://code.google.com/p/smhasher/。

2. 基 于 djb 算 法 实 现 的 一 个 大 小 写 无 关 散 列 算 法： 具 体 信 息 请 参 考 http://www.cse.yorku.ca/~oz/hash.html。

使用哪种算法取决于具体应用所处理的数据：

• 命令表以及 Lua 脚本缓存都用到了算法 2 。

• 算法 1 的应用则更加广泛：数据库、集群、哈希键、阻塞操作等功能都用到了这个算法。