Redis 的設計與實現——數據結構實現之（二）鏈表與字典

鏈表      

首先Redis中存在的抽象結構爲List，而鏈表是其一種實現方式，當list元素較多或者元素都爲比較長的字符串時，採用鏈表作爲底層實現。此外，鏈表還用在Redis服務器保存客戶端狀態、發佈與訂閱功能等等。

       在Redis中,鏈表是雙向鏈表，其Node結構定義如左圖，List的定義如右圖：

觀察得知，Redis中鏈表的特點如下

1. 無環（頭節點的pre指向null,尾節點的next也指向null）
2. 具有頭指針和尾指針，找表頭和表尾的時間複雜度都是O(1)
3. 雙端
4. 多態(由於多態的存在，使得鏈表可以保存不同類型的值並正常處理)
5. 帶有鏈表長度len

字典

       Key-value鍵值對，key獨一無二，Redis的數據庫就是用這種數據結構實現的，使用哈希表來實現，其中哈希表節點定義如左圖所示，哈希表整個的定義如右圖所示：

 

Hash節點的next指針用來鏈接同一個hash值的元素（鏈地址法解決衝突，添加到表頭O(1)）

下圖是整個字典的實現，其中type用於指示鍵值對的類型，是爲了創建多態字典，Redis爲用途不同的字典配置不同的類型函數，具體如右圖所示：

 

Redis採用MurmurHash2算法來計算hash值

Rehash操作

1. 爲hash[1]表分配空間：
   1. 如果執行擴展操作，則分配爲超過hash[0].used*2的最小2^n；
   2. 如果執行收縮操作，則分配爲超過hash[0].used的最小2^n;
2. 將hash[0]上所有元素rehash到hash[1]上
3. 釋放hash[0]，將hash[1]置爲hash[0],在hash[1]上新建一個空白表

那麼到底啥時候進行Rehash擴容呢？

1. 服務器目前沒在BGSAVE 或則BVGEWRITEAOF，且hash表的負載因子>=1;
2. 服務器目前在BGSAVE 或則BVGEWRITEAOF，且hash表的負載因子>=5;
3. 縮容是負載因子<0.1時

漸進式Hash

       在字典中維護一個rehashIdx屬性，在rehash期間，每次進行更新、刪除、查找、添加時，除了進行原有操作外，額外還將hash[0]中的rehashIdx對應的項rehash到hash[1]中去，然後將rehashIdx+1;直到所有都移動完畢，rehashIdx恢復-1。

注意，在rehash期間，所有的添加操作都在hash[1]上進行，查找、更新、刪除則要從兩個表都進行。