Rehash Redis: 扩容和重新分布
引言
Redis 是一个开源的内存数据库，被广泛应用于缓存、排行榜、计数器等场景中。由于其高性能和可靠性，Redis 在大规模应用中常常需要进行扩容操作来满足不断增长的数据需求。Rehash 是 Redis 中一种重要的扩容和重新分布机制，本文将深入探讨 Rehash 的原理、实现方式以及对应的代码示例。
Rehash 原理
当 Redis 需要进行扩容时，它会创建一个新的空哈希表（New Hash Table），然后将旧哈希表（Old Hash Table）中的数据逐个迁移到新哈希表中。这个过程就是 Rehash。
Rehash 包含以下几个关键步骤：
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创建新哈希表（New Hash Table）：Redis 会根据预估的数据量创建一个新的空哈希表，用于存储扩容后的数据。
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将每个键值对从旧哈希表（Old Hash Table）迁移到新哈希表中：Redis 会遍历旧哈希表中的每个键值对，将其重新计算哈希值，并插入到新哈希表中。
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令客户端访问新哈希表：当旧哈希表中的数据全部迁移到新哈希表后，Redis 会将客户端的访问指向新哈希表，此时扩容完成。
需要注意的是，在 Rehash 过程中，Redis 会保留旧哈希表，以便进行渐进式的迁移，防止大量的键值对的迁移过程对服务器性能造成影响。
Rehash 的实现
Redis 为了保证 Rehash 操作的高效性，采用了渐进式的迁移方式，即每次只迁移一小部分数据，避免了大量数据的集中迁移。Redis 通过将 Rehash 操作分散到多个时间片段，以保证服务器的性能和响应能力。
具体的实现方式如下：
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Redis 使用一个全局变量
rehashidx来记录当前 Rehash 的进度。初始时rehashidx的值为 -1，表示没有进行 Rehash 操作。 -
当 Redis 接收到读取命令时，会同时检查
rehashidx的值。如果rehashidx的值不为 -1，则说明有 Rehash 操作正在进行中。Redis 会判断当前读取的键是否属于旧哈希表中的数据，如果是，它会将该键值对迁移到新哈希表中，并返回结果。 -
当 Redis 接收到写入命令时，同样会检查
rehashidx的值。如果rehashidx的值不为 -1，则说明有 Rehash 操作正在进行中。Redis 会将写入的键值对同时插入到旧哈希表和新哈希表中，并更新 Rehash 的进度。 -
当 Redis 完成了对旧哈希表中的所有键值对的迁移后，会将
rehashidx的值设置为 -1，表示 Rehash 操作完成。
Rehash 的代码实现
以下是一个简化版的 Rehash 实现的伪代码示例：
def rehash():
new_hash_table = create_empty_hash_table()
rehashidx = 0
while rehashidx < old_hash_table.size:
if old_hash_table[rehashidx] is not None:
move_key_value_pair(old_hash_table[rehashidx], new_hash_table)
rehashidx += 1
old_hash_table = new_hash_table
rehashidx = -1
在上述代码中，create_empty_hash_table() 函数用于创建一个新的空哈希表，move_key_value_pair() 函数用于将键值对从旧哈希表迁移到新哈希表中。
Rehash 的状态图
下面是 Rehash 过程的状态图，使用 Mermaid 语法绘制：
stateDiagram
[*] --> Not Rehashing
Not Rehashing --> Rehashing: Start
