hashtable

Redis 中的 key-value 是通過 dictEntry 對象進行包裝的，而哈希表就是將 dictEntry 對象又進行了再一次的包裝得到的，這就是哈希表對象 dictht：

typedef struct dictht {
  dictEntry **table;//哈希表數組
  unsigned long size;//哈希表大小
  unsigned long sizemask;//掩碼大小，用于計算索引值，總是等于size-1
  unsigned long used;//哈希表中的已有節點數
} dictht;

注意：上面結構定義中的 table 是一個數組，其每個元素都是一個 dictEntry 對象。

字典

字典，又稱為符號表（symbol table），關聯數組（associative array）或者映射（map），字典的內部嵌套了哈希表 dictht 對象，下面就是一個字典 ht 的定義：

typedef struct dict {
  dictType *type;//字典類型的一些特定函數
  void *privdata;//私有數據，type中的特定函數可能需要用到
  dictht ht[2];//哈希表(注意這里有2個哈希表)
  long rehashidx; //rehash索引，不在rehash時，值為-1
  unsigned long iterators; //正在使用的迭代器數量
} dict;

其中 dictType 內部定義了一些常用函數，其數據結構定義如下：

typedef struct dictType {
  uint64_t (*hashFunction)(const void *key);//計算哈希值函數
  void *(*keyDup)(void *privdata, const void *key);//復制鍵函數
  void *(*valDup)(void *privdata, const void *obj);//復制值函數
  int (*keyCompare)(void *privdata, const void *key1, const void *key2);//對比鍵函數
  void (*keyDestructor)(void *privdata, void *key);//銷毀鍵函數
  void (*valDestructor)(void *privdata, void *obj);//銷毀值函數
} dictType;

當我們創建一個哈希對象時，可以得到如下簡圖（部分屬性被省略）：

rehash 操作

dict 中定義了一個數組 ht[2]，ht[2] 中定義了兩個哈希表：ht[0] 和 ht[1]。而 Redis 在默認情況下只會使用 ht[0]，并不會使用 ht[1]，也不會為 ht[1] 初始化分配空間。

當設置一個哈希對象時，具體會落到哈希數組（上圖中的 dictEntry[3]）中的哪個下標，是通過計算哈希值來確定的。如果發生哈希碰撞（計算得到的哈希值一致），那么同一個下標就會有多個 dictEntry，從而形成一個鏈表（上圖中最右邊指向 NULL 的位置），不過需要注意的是最后插入元素的總是落在鏈表的最前面（即發生哈希沖突時，總是將節點往鏈表的頭部放）。

當讀取數據的時候遇到一個節點有多個元素，就需要遍歷鏈表，故鏈表越長，性能越差。為了保證哈希表的性能，需要在滿足以下兩個條件中的一個時，對哈希表進行 rehash（重新散列）操作：

負載因子大于等于 1 且 dict_can_resize 為 1 時。負載因子大于等于安全閾值（dict_force_resize_ratio=5）時。

PS：負載因子 = 哈希表已使用節點數 / 哈希表大小（即：h[0].used/h[0].size）。

rehash 步驟

擴展哈希和收縮哈希都是通過執行 rehash 來完成，這其中就涉及到了空間的分配和釋放，主要經過以下五步：

為字典 dict 的 ht[1] 哈希表分配空間，其大小取決于當前哈希表已保存節點數（即：ht[0].used）：

如果是擴展操作則 ht[1] 的大小為 2 的 n次方中第一個大于等于ht[0].used * 2屬性的值（比如used=3，此時ht[0].used * 2=6，故 2的3次方為8就是第一個大于used * 2 的值（2 的 2 次方 6 且 2 的 3 次方 > 6））。 如果是收縮操作則 ht[1] 大小為 2 的 n 次方中第一個大于等于 ht[0].used 的值。

將字典中的屬性 rehashix 的值設置為 0，表示正在執行 rehash 操作。

將 ht[0] 中所有的鍵值對依次重新計算哈希值，并放到 ht[1] 數組對應位置，每完成一個鍵值對的 rehash之后 rehashix 的值需要自增 1。

當 ht[0] 中所有的鍵值對都遷移到 ht[1] 之后，釋放 ht[0] ，并將 ht[1] 修改為 ht[0]，然后再創建一個新的 ht[1] 數組，為下一次 rehash 做準備。

將字典中的屬性 rehashix 設置為 -1，表示此次 rehash 操作結束，等待下一次 rehash。

漸進式 rehash

Redis 中的這種重新哈希的操作因為不是一次性全部 rehash，而是分多次來慢慢的將 ht[0] 中的鍵值對 rehash 到 ht[1]，故而這種操作也稱之為漸進式 rehash。漸進式 rehash 可以避免集中式 rehash 帶來的龐大計算量，是一種分而治之的思想。

在漸進式 rehash 過程中，因為還可能會有新的鍵值對存進來，此時** Redis 的做法是新添加的鍵值對統一放入 ht[1] 中，這樣就確保了 ht[0] 鍵值對的數量只會減少**。

當正在執行 rehash操作時，如果服務器收到來自客戶端的命令請求操作，則會先查詢 ht[0]，查找不到結果再到ht[1] 中查詢。

ziplist

關于 ziplist 的一些特性，之前的文章中有單獨進行過分析，想要詳細了解的，可以點擊這里。但是需要注意的是哈希對象中的 ziplist 和列表對象中 ziplist 的有一點不同就是哈希對象是一個 key-value 形式，所以其 ziplist 中也表現為 key-value，key 和 value 緊挨在一起：

ziplist 和 hashtable 的編碼轉換

當一個哈希對象可以滿足以下兩個條件中的任意一個，哈希對象會選擇使用 ziplist 編碼來進行存儲：

• 哈希對象中的所有鍵值對總長度（包括鍵和值）小于等于 64字節（這個閾值可以通過參數 hash-max-ziplist-value 來進行控制）。
• 哈希對象中的鍵值對數量小于等于 512 個（這個閾值可以通過參數 hash-max-ziplist-entries 來進行控制）。

一旦不滿足這兩個條件中的任意一個，哈希對象就會選擇使用 hashtable 編碼進行存儲。

哈希對象常用命令

•  hset key field value：設置單個 field（哈希對象的 key 值）。
• hmset key field1 value1 field2 value2 ：設置多個 field（哈希對象的 key 值）。
• hsetnx key field value：將哈希表 key 中域 field 的值設置為 value，如果 field 已存在，則不執行任何操作。
• hget key field：獲取哈希表 key 中的域 field 對應的 value。
• hmget key field1 field2：獲取哈希表 key 中的多個域 field 對應的 value。
• hdel key field1 field2：刪除哈希表 key 中的一個或者多個 field。
• hlen key：返回哈希表key中域的數量。
• hincrby key field increment：為哈希表 key 中的域 field 的值加上增量 increment ，increment 可以為負數，如果 field 不是數字則會報錯。
• hincrbyfloat key field increment：為哈希表 key 中的域 field 的值加上增量 increment，increment 可以為負數，如果 field 不是 float 類型則會報錯。
• hkeys key：獲取哈希表 key 中的所有域。
• hvals key：獲取哈希表中所有域的值。

了解了操作哈希對象的常用命令，我們就可以來驗證下前面提到的哈希對象的類型和編碼了，在測試之前為了防止其他 key 值的干擾，我們先執行 flushall 命令清空 Redis 數據庫。

然后依次執行如下命令：

hset address country china
type address
object encoding address

得到如下效果：

可以看到當我們的哈希對象中只有一個鍵值對的時候，底層編碼是 ziplist。

現在我們將 hash-max-ziplist-entries 參數改成 2，然后重啟 Redis，最后再輸入如下命令進行測試：

hmset key field1 value1 field2 value2 field3 value3
object encoding key

輸出之后得到如下結果：

可以看到，編碼已經變成了 hashtable。

總結

本文主要介紹了 Redis 中 5 種常用數據類型中的哈希類型底層的存儲結構 hashtable 的使用，以及當 hash 分布不均勻時候 Redis 是如何進行重新哈希的問題，最后了解了哈希對象的一些常用命令，并通過一些例子驗證了本文的結論。

到此這篇關于Redis中哈希分布不均勻的解決辦法的文章就介紹到這了,更多相關Redis 哈希分布不均勻內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！