redis设计与实现（三）字典

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liuzhebaba 2022-12-21 09:59:11 博主文章分类：redis

文章标签 redis 字典键值对 Redis 数组 文章分类 Redis 数据库

字典，又称为符号表（symbol table）、关联数组（associative array）或映射（map），是一种用于保存键值对（key-value）的抽象数据结构。

在字典中，一个键（key）可以和一个值（value）进行关联（或者说将键映射为值），这些关联的键和值就称为键值对。

字典中的每个键都是独一无二的，程序可以在字典中根据键查找与之关联的值，或者通过键来更新值，又或者根据键来删除整个键值对，等等。

字典经常作为一种数据结构内置在很多高级编程语言里面，但Redis所使用的C语言并没有内置这种数据结构，因此Redis构建了自己的字典实现。

字典在Redis中的应用相当广泛，比如Redis的数据库就是使用字典来作为底层实现的，对数据库的增删改查操作也是对字典的操作之上的。

举个例子，当我们执行命令：

redis>SET msg "hello world"

在数据库中创建一个键为“msg”，值为“hello world”的键值对时，这个键值对就是保存在代表数据库的字典里面的。

除了用来表示数据库之外，字典还是哈希键的底层实现之一，当一个哈希键包含的键值对比较多，又或者键值对重点额元素都是比较长的字符串时，Redis就会使用字典作为哈希键的底层实现。

举个例子，website是个包含10086个键值对的哈希键，这个哈希键的键都是一些数据库的名字，而键的值就是数据库的主页网址：

redis>HLEN websit

(integer)10086

redis>HGETALL website

1)"Redis"

2)"Redis.io"

3)"MariaDB"

4)"MariaDB.org"

5)MongoDB

6)"MongeDB.org"

......

website键的底层实现就是一个字典，字典中包含了10086个键值对，例如：

键值对的键为“Redis”，值为“Redis.io”

除了用来实现数据库和哈希键之外，Redis的不少功能也用到了字典，在后续的章节中会不断地看到字典在Redis中的各种不同应用。

字典的实现

Redis的字典使用哈希表作为底层实现，一个哈希表里面可以有多个哈希表节点，而每个哈希表节点就保存了字典中的一个键值对。

接下来分别介绍Redis的哈希表、哈希表节点以及字典的实现。

哈希表

Redis字典所使用的哈希表由dict.h/dictht结构定义：

/*
 * 哈希表
 *
 * 每个字典都使用两个哈希表，从而实现渐进式 rehash 。
 */
typedef struct dictht {
    
    // 哈希表数组
    dictEntry **table;

    // 哈希表大小
    unsigned long size;
    
    // 哈希表大小掩码，用于计算索引值
    // 总是等于 size - 1
    unsigned long sizemask;

    // 该哈希表已有节点的数量
    unsigned long used;

} dictht;

table属性是一个数组，数组中的每个元素都是一个指向dict.h/dicEntry结构的指针，每个dictEntry结构保存着一个键值对。size属性记录了哈希表的大小，也即是table数组的大小，而used属性则记录了哈希表目前已有节点（键值对）的数量。sizemask属性的值总是等于size-1，这个属性和哈希值一起决定一个键应该被放到table数组的哪个索引上面。下图展示了一个大小为4的空哈希表：

redis设计与实现（三）字典_Redis

哈希表节点

哈希表节点使用dictEntry结构表示，每个dictEntry结构都保存着一个键值对：

/*
 * 哈希表节点
 */
typedef struct dictEntry {
    
    // 键
    void *key;

    // 值
    union {
        void *val;
        uint64_t u64;
        int64_t s64;
    } v;

    // 指向下个哈希表节点，形成链表
    struct dictEntry *next;

} dictEntry;

key属性保存着键值对中的键，而v属性则保存着键值对中的值，其中键值对的值可以是一个指针，或者是一个unit64_t整数，又或者是一个int64_t整数。

netx属性是指向另一个哈希表节点的指针，这个指针可以将多个哈希值相同的键值对连接在一起，以此来解决键冲突(collision)的问题。

举个例子，下图就展示了如何通过next指针，将两个索引值相同的键K1和K0连接在一起。

redis设计与实现（三）字典_键值对_02

字典

Redis中的字典由dict.h/dict结构表示：

/*
 * 字典
 */
typedef struct dict {

    // 类型特定函数
    dictType *type;

    // 私有数据
    void *privdata;

    // 哈希表
    dictht ht[2];

    // rehash 索引
    // 当 rehash 不在进行时，值为 -1
    int rehashidx; /* rehashing not in progress if rehashidx == -1 */

    // 目前正在运行的安全迭代器的数量
    int iterators; /* number of iterators currently running */

} dict;

type属性和privdata属性是针对不同类型的键值对，为创建多态字典而设置的：

type属性是一个指向dictType结构的指针，每个dictType结构保存了一簇用于操作特定类型键值对的函数，Redis会为用途不同的字典设置不同的类型特定函数。
而privdata属性则保存了需要传给那些类型特定函数的可选参数。

/*
 * 字典类型特定函数
 */
typedef struct dictType {

    // 计算哈希值的函数
    unsigned int (*hashFunction)(const void *key);

    // 复制键的函数
    void *(*keyDup)(void *privdata, const void *key);

    // 复制值的函数
    void *(*valDup)(void *privdata, const void *obj);

    // 对比键的函数
    int (*keyCompare)(void *privdata, const void *key1, const void *key2);

    // 销毁键的函数
    void (*keyDestructor)(void *privdata, void *key);
    
    // 销毁值的函数
    void (*valDestructor)(void *privdata, void *obj);

} dictType;