字典扩容需要同时满足如下两个条件:

  1、哈希表中保存的key数量超过了哈希表的大小(可以看出size既是哈希表大小,同时也是扩容阈值)

  2、当前没有子进程在执行aof文件重写或者生成RDB文件;或者保存的节点数与哈希表大小的比例超过了安全阈值(默认值为5)  

 

一、rehash

  字典初始化,在redis中字典中的hash表也是采用延迟初始化策略,在创建字典的时候并没有为哈希表分配内存,只有当第一次插入数据时,才真正分配内存。看看字典创建函数dictCreate

  随着操作的不断进行,哈希表保存的键值对会逐渐增多或减少,为了让哈希表负载因子维持在一个合理范围之内,当哈希表保存的键值对太多或太少时,程序要对哈希表的大小进行相应的扩展或收缩。

  Redis对字典的哈希表执行rehash的步骤如下:

1、为字典的ht[1]哈希表分配空间,这个空间大小取决于要执行的操作:

  如果执行的是扩展操作,则ht[1]的大小为第一个大于等于等于ht[0].used*2的2^n;

  rehash后新生成的dictEntry节点数组大小等于超过当前key个数向上求整的2的n次方,比如当前key个数为100,则新生成的节点数组大小就是128

2、如果执行的收缩操作,则ht[1]的大小为第一个大于等于ht[0].used的2^n;

  将保存在ht[0]中的所有键值对rehash到ht[1]上面:rehash指的是重新计算键的哈希值和索引值,然后将键值对放置到ht[1]的指定位置上。

3、当ht[0]包含的所有键值对都迁移到ht[1]之后,释放ht[0],将ht[1]设置为ht[0],并在ht[1]新创建一个空白哈希表,为下一次rehash做准备。

下面为一个rehash的实例 :

         

redis扩容 key迁移 redis扩容机制_redis扩容 key迁移

 

 

2 * 4 = 8 ( 2 ^ 3 ) :

      

redis扩容 key迁移 redis扩容机制_键值对_02

 

  重新计算索引,并复制, h [0] 所有的键值都迁移到 h [1]

      

redis扩容 key迁移 redis扩容机制_服务器_03

 

完成 rehash 之后的字典

      

redis扩容 key迁移 redis扩容机制_redis扩容 key迁移_04

 

 

 

哈希表的扩展与收缩

  redis中,每次插入键值对时,都会检查是否需要扩容。如果满足扩容条件,则进行扩容。

  当以下条件中任意一个被满足时,程序会自动开始对哈希表执行扩展操作:

  1、服务器目前没有执行BGSAVE或BGREWRITEAOF命令,并且哈希表负载因子大于等于1。

  2、服务器正在执行BGSAVE或BGREWRITEAOF命令,并且哈希表负载因子大于等于5。

  区分这两种情况的目的在于,因为执行BGSAVE与BGREWRITEAOF过程中,Redis都需要创建子进程,而大多数操作系统都采用写时复制技术来优化子进程使用效率,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,

从而尽可能避免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,最大限度的节约空间。

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

 

二、渐进式rehash

  Redis中的rehash动作并不是一次性、集中式完成的,而是分多次、渐进式的完成的。

  这样做的目的是,如果服务器中包含很多键值对,要一次性的将这些键值对全部rehash到ht[1]的话,庞大的计算量可能导致服务器在一段时间内停止服务于。

  为了避免这种影响,Redis采用了渐进式Redis:

  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,并将它置为0,表示rehash工作开始。

  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]中,当rehash工作完成之后,程序将rehashidx属性的值+1。

  4、随着字典操作的不断进行,最终在某个时间点上,ht[0]的所有键值对都被rehash到ht[1]上,这时将rehashidx属性设为-1,表示rehash完成。

  渐进式rehash 的好处在于其采取分而治之的方式,将rehash键值对所需要的计算工作均摊到字典的每个添加、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。

  下面为一个渐进式rehash的实例:

   准备开始 rehash

      

redis扩容 key迁移 redis扩容机制_redis扩容 key迁移_05

 

 rehash 索引 0 上的键值对

      

redis扩容 key迁移 redis扩容机制_子进程_06

rehash 索引 1 上的键值对

 

redis扩容 key迁移 redis扩容机制_键值对_07

 

rehash 索引 2 上的键值对

  

redis扩容 key迁移 redis扩容机制_redis扩容 key迁移_08

 

rehash 索引 3 上的键值对

    

redis扩容 key迁移 redis扩容机制_键值对_09

 

 rehash 执行完毕

    

redis扩容 key迁移 redis扩容机制_服务器_10

 

   

渐进式rehash执行期间的哈希表操作

  因为在渐进式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、查找、更新等操作都是在两个表上进行的。

  例如,查找操作会先在ht[0]上进行,如果没找到再在ht[1]上进行。

  添加操作的键值对会一律保存到ht[1]中,这一措施保证ht[0]包含的键值对只会减少不会增加。

 

rehash后新生成的dictEntry节点数组大小等于超过当前key个数向上求整的2的n次方,比如当前key个数为100,则新生成的节点数组大小就是128