redis设计与实现(四)字典

哈希表的扩展与收缩

当以下条件中的任意一个被满足时,程序会自动开始对哈希表执行扩展操作:
1)服务器目前没有在执行BGSAVE命令或者BGREWRITEAOF命令,并且哈希表的负载因子大于等于1.
2)服务器目前正在执行BGSAVE命令或者BGREWRITEAOF命令,并且哈希表的负载因子大于等于5.

其中哈惜败哦的负载因子可以通过公司:
load_factor = ht[0].used/ht[0].size
计算得出。

根据BGSAVE命令或BGREWRITEAOF命令是否正在执行,服务器执行扩展操作所需的负载因子并不相同,这是因为在执行BGSAVE命令或BGREWRITEAOF命令的过程中,Redis需要创建当前服务器进程的子进程,而大多数操作系统都采用写时复制(conpy-on-write)技术来优化子进程的使用效率,所以在子进程存在期间,服务器会提高执行扩展操作所需的负载因子,从而尽可能地避免在在子进程存在期间进行哈希表扩展操作,这可以避免不必要的内存写入操作,最大限度地节约内存。

另一方面,当哈希表的负载因子小于0.1时,程序自动开始对哈希表执行收缩操作。

渐进式rehash

扩展或收缩哈希表需要将ht[0]里面的所有键值对rehash到ht[1]里面,但是,这个rehash动作并不是一次性、集中式地完成的,而是分多次、渐进式地完成的。
这样做的原因在于,如果ht[0]里,只保存着四个键值对,那么服务器可以在瞬间就将这些键值对全部rehash到ht[1];但是,如果哈希表里保存的键值对数量不是四个,而是四百万,四千万甚至四亿个键值对,那么要一次性将这些键值对全部rehash到ht[1]的话,庞大的计算量可能会导致服务器在一段时间内停止服务。
因此,为了避免rehash对服务器性能造成影响,服务器不是一次性将ht[0]里面的所有键值对全部rehash到ht[1],而是分多次,渐进式地将ht[0]里面的键值对慢慢地rehash到ht[1]。

以下是哈希表渐进式rehash的详细步骤:
1)为ht[1]分配空间,让字典同时持有ht[0]和ht[1]两个哈希表。
2)在字典中维持一个索引计数器变量rehashidx,并将它的值设置为0,表示rehash工作正式开始。
3)在rehash进行期间,每次对字典执行添加、删除、查找或者更新操作时,程序除了执行指定的操作以外,还会顺带将ht[0]哈希表在rehashidx索引上的所有键值对rehash到ht[1],当rehash工作完成之后,程序将rehashidx属性的值增一。
4)随着字典操作的不断执行,最终在某个时间点上,ht[0]的所有键值对都会被rehash到ht[1],这时程序将rehashidx属性的值设为-1,表示rehash操作已完成。

渐进式rehash的好处在于它采取分而治之的方式,将rehash键值对所需的计算工作均摊到对字典的每个增加、删除、查找和更新操作上,从而避免了集中式rehash而带来的庞大计算量。
下面的图示,展示了一次完整的renhash过程,注意观察在整个rehash过程中,字典的rehashidx属性是如何变化的。

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渐进式rehash执行期间的哈希表操作

因为在进行渐进式rehash的过程中,字典会同时使用ht[0]和ht[1]两个哈希表,所以在渐进式rehash进行期间,字典的删除(delete)、更新(update)等操作会在两个哈希表上进行。例如,要在字典里面查找一个键的话,程序会现在ht[0]里面进行查找,如果没有找到的话,就会继续到ht[1]里面进行查找,诸如此类。
另外,在渐进式rehash执行期间,新添加到字典的键值对一律会保存到ht[1]里面,而ht[0]则不再进行任何添加操作,这一措施保证了ht[0]包含的键值对数量会只减不增,并随着rehash操作的执行而最终变成空表。


字典API

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