Comment implémenter le hachage Redis

0. Préface

redis est une base de données mémoire de type KV. Le cœur du stockage de la base de données est la table de hachage. Après avoir exécuté la commande select pour sélectionner une base de données stockée. , toutes les opérations sont basées sur la table de hachage. La structure des données de hachage et la mise en œuvre de redis seront analysées ci-dessous.

1.structure des données de hachage

/*Hash表一个节点包含Key,Value数据对 */
typedef struct dictEntry {
    void *key;
    union {
        void *val;
        uint64_t u64;
        int64_t s64;
        double d;
    } v;
    struct dictEntry *next; /* 指向下一个节点, 链接表的方式解决Hash冲突 */
} dictEntry;

/* 存储不同数据类型对应不同操作的回调函数 */
typedef struct dictType {
    unsigned int (*hashFunction)(const void *key);
    void *(*keyDup)(void *privdata, const void *key);
    void *(*valDup)(void *privdata, const void *obj);
    int (*keyCompare)(void *privdata, const void *key1, const void *key2);
    void (*keyDestructor)(void *privdata, void *key);
    void (*valDestructor)(void *privdata, void *obj);
} dictType;

typedef struct dictht {
    dictEntry **table; /* dictEntry*数组,Hash表 */
    unsigned long size; /* Hash表总大小 */
    unsigned long sizemask; /* 计算在table中索引的掩码, 值是size-1 */
    unsigned long used; /* Hash表已使用的大小 */
} dictht;

typedef struct dict {
    dictType *type;
    void *privdata;
    dictht ht[2]; /* 两个hash表,rehash时使用*/
    long rehashidx; /* rehash的索引, -1表示没有进行rehash */
    int iterators; /*  */
} dict;

2.diagramme de la structure des données de hachage

3. Description du hachage progressif

Il y a deux tables de hachage dans ht[2] Lorsque nous stockons les données pour la première fois, ht[0. ] Une table de hachage d'une taille minimale de 4 sera créée Une fois que size et utilisé dans ht[0] sont égaux, une table de hachage de taille*2 sera créée dans dict dans ht[1]. ne sera pas directement utilisé. Les données dans 0] sont copiées dans ht[0] et un rehachage progressif est effectué, c'est-à-dire qu'il est copié lentement dans les opérations suivantes (rechercher, définir, obtenir, etc.) et les éléments nouvellement ajoutés. sera ajouté à ht[ à l'avenir. 0], donc lorsque ht[1] sera plein, il sera sûr que toutes les données de ht[0] seront copiées dans ht[1].

4 . Créez une table de hachage

Le processus de création d'une table de hachage est très simple. Appelez simplement la fonction dictCreate, allouez un morceau de mémoire et initialisez les variables intermédiaires.

dict *dictCreate(dictType *type, void *privDataPtr)
{
     /*分配内存*/
    dict *d = zmalloc(sizeof(*d));
     /*初始化操作*/
    _dictInit(d,type,privDataPtr);
    return d;
}

Ajoutez des éléments.

Pour ajouter des éléments à la table de hachage, déterminez d'abord si l'espace est suffisant, puis calculez la valeur de hachage correspondant à la clé, puis placez la clé et la valeur qui doivent être ajoutées dans la table.

int dictAdd(dict *d, void *key, void *val)
{
     /*添加入hash表中, 返回新添加元素的实体结构体*/
    dictEntry *entry = dictAddRaw(d,key);

    if (!entry) return DICT_ERR;
     /*元素val值放入元素实体结构中*/
    dictSetVal(d, entry, val);
    return DICT_OK;
}
/*
*添加元素实体函数
*/
dictEntry *dictAddRaw(dict *d, void *key)
{
    int index;
    dictEntry *entry;
    dictht *ht;

    if (dictIsRehashing(d)) _dictRehashStep(d);

    /*根据key值计算新元素在hash表中的索引, 返回-1则表示元素已存在, 直接返回NULL*/
    if ((index = _dictKeyIndex(d, key)) == -1)
        return NULL;

    /*如果在进行rehash过程,则新元素添加到ht[1]中, 否则添加到ht[0]中 */
    ht = dictIsRehashing(d) ? &d->ht[1] : &d->ht[0];
    entry = zmalloc(sizeof(*entry));
    entry->next = ht->table[index];
    ht->table[index] = entry;
    ht->used++;

    /*设置元素key*/
    dictSetKey(d, entry, key);
    return entry;
}
/*
*计算索引的函数
*/
static int _dictKeyIndex(dict *d, const void *key)
{
    unsigned int h, idx, table;
    dictEntry *he;

    /* 判断hash表是否空间足够, 不足则需要扩展 */
    if (_dictExpandIfNeeded(d) == DICT_ERR)
        return -1;
         
    /* 计算key对应的hash值 */
    h = dictHashKey(d, key);
    for (table = 0; table <= 1; table++) {
          /*计算索引*/
        idx = h & d->ht[table].sizemask;
        /*遍历冲突列表, 判断需要查找的key是否已经在冲突列表中*/
        he = d->ht[table].table[idx];
        while(he) {
            if (dictCompareKeys(d, key, he->key))
                return -1;
            he = he->next;
        }
        if (!dictIsRehashing(d)) break;
    }
    return idx;
}
/*
*判断hash表是否需要扩展空间
*/
static int _dictExpandIfNeeded(dict *d)
{
    /*redis的rehash采用的渐进式hash, rehash时分配了原来两倍的内存空间, 在rehash阶段空间必定够用*/
    if (dictIsRehashing(d)) return DICT_OK;

    /* hash表是空的需要初始化空间, 默认是4*/
    if (d->ht[0].size == 0) return dictExpand(d, DICT_HT_INITIAL_SIZE);

    /* 已使用空间满足不了设置的条件*/
    if (d->ht[0].used >= d->ht[0].size &&
        (dict_can_resize ||
         d->ht[0].used/d->ht[0].size > dict_force_resize_ratio))
    {
          /*扩展空间, 使用空间的两倍*/
        return dictExpand(d, d->ht[0].used*2);
    }
    return DICT_OK;
}

/*
*扩展空间或者初始化hash表空间
*/
int dictExpand(dict *d, unsigned long size)
{
    dictht n;
     /* 对需要分配大小圆整为2的倍数 */
    unsigned long realsize = _dictNextPower(size);

    /* 如果空间足够则表明调用错误 */
    if (dictIsRehashing(d) || d->ht[0].used > size)
        return DICT_ERR;

    n.size = realsize;
    n.sizemask = realsize-1;
    n.table = zcalloc(realsize*sizeof(dictEntry*));
    n.used = 0;
    
     /*hash表为空初始化hash表*/
    if (d->ht[0].table == NULL) {
        d->ht[0] = n;
        return DICT_OK;
    }

    /*新分配的空间放入ht[1], 后面一步一步进行rehash*/
    d->ht[1] = n;
    d->rehashidx = 0;
    return DICT_OK;
}

6. Rechercher des éléments

Le processus de recherche d'éléments, calculez d'abord la valeur de hachage, puis calculez la position de l'index dans ht[0] et ht[1] et recherchez.

dictEntry *dictFind(dict *d, const void *key)
{
    dictEntry *he;
    unsigned int h, idx, table;

    if (d->ht[0].size == 0) return NULL;
    
     /*如果正在进行rehash, 执行一次rehash*/
    if (dictIsRehashing(d)) _dictRehashStep(d);
    
    h = dictHashKey(d, key);
    
     /*由于可能正在rehash, 因此要从ht[0]和ht[1]中分别进行查找, 找不到返回NULL*/
    for (table = 0; table <= 1; table++) {
        idx = h & d->ht[table].sizemask;
        he = d->ht[table].table[idx];
          /*遍历冲突列表查找元素*/
        while(he) {
            if (dictCompareKeys(d, key, he->key))
                return he;
            he = he->next;
        }
        if (!dictIsRehashing(d)) return NULL;
    }
    return NULL;
}

7. Supprimer l'élément

Pour supprimer un élément, recherchez d'abord l'élément, puis supprimez l'élément de la table de hachage. Voilà, appeler dictDelete pour supprimer un élément supprimera également l'espace occupé par le fonctionnement de l'élément

int dictDelete(dict *ht, const void *key) {
    return dictGenericDelete(ht,key,0);
}

static int dictGenericDelete(dict *d, const void *key, int nofree)
{
    unsigned int h, idx;
    dictEntry *he, *prevHe;
    int table;

    if (d->ht[0].size == 0) return DICT_ERR;
    
    if (dictIsRehashing(d)) _dictRehashStep(d);
    h = dictHashKey(d, key);

    for (table = 0; table <= 1; table++) {
        idx = h & d->ht[table].sizemask;
        he = d->ht[table].table[idx];
        prevHe = NULL;
          /*查找元素到元素,进行删除操作, 并释放占用的内存*/
        while(he) {
            if (dictCompareKeys(d, key, he->key)) {
                /* Unlink the element from the list */
                if (prevHe)
                    prevHe->next = he->next;
                else
                    d->ht[table].table[idx] = he->next;
                if (!nofree) {
                    dictFreeKey(d, he);
                    dictFreeVal(d, he);
                }
                zfree(he);
                d->ht[table].used--;
                return DICT_OK;
            }
            prevHe = he;
            he = he->next;
        }
        if (!dictIsRehashing(d)) break;
    }
    return DICT_ERR; /* not found */
}

hash command

hash command est relativement simple. Il convient de noter que lorsque nous créons un hachage pour représenter la structure de stockage par défaut, ce n'est pas un dict, mais une liste zip. Vous pouvez vous référer à la structure de données Ziplist de redis. Les valeurs hash_max_ziplist_entries et hash_max_ziplist_value sont utilisées comme seuils, ce qui signifie qu'une fois que le nombre d'éléments dans la ziplist dépasse cette valeur, elle doit être convertie en une. structure dict ; hash_max_ziplist_value Indique qu'une fois que la longueur des données dans la liste zip est supérieure à cette valeur, elle doit être convertie en une structure dict.

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