一.概述

　　接著上篇繼續，這篇把資料結構之字典學習完， 這篇知識點包括：雜湊演算法，解決鍵衝突， rehash , 漸進式rehash,字典API。

　　1.1 雜湊演算法

　　　　當一個新的鍵值對 需要新增到字典裡面時，程式需要先根據“鍵值對”的鍵計算出雜湊值和索引值，再根據索引值，將包含新“鍵值對”的雜湊表節點放到雜湊表陣列的指定索引上面。redis計算雜湊值和索引值的方法如下:

#使用字典設定的雜湊函式，計算鍵key的雜湊值
hash = dict -> type->hashFunction(key);
# 使用雜湊表的sizemask屬性和雜湊值，計算出索引值, ht[x] 可以是ht[
 
0] 或者ht[1]
index = hash & dict->ht[x].sizemask;

　　　　例1： 將一個“鍵值對”K0和V0 新增到字典裡面，那麼程式會使用如下語句，假設hash變數的雜湊值為8, sizemask為3, &是指"按位與"運算子。公式如下：

hash = dict -> type->hashFunction(K0);
index= hash $ dict ->ht[0]. sizemask=8 &3 = 0;

　　　　通過公式計算出健K0的索引值為0，這個新的“鍵值對”節點應該放置到雜湊表陣列的索引0位置，對於雜湊演算法的底層實現，redis使用MurmurHash2演算法來計算鍵的雜湊值。Murmur雜湊是一種非加密雜湊函式，目前有三個版本(MurmurHash1、MurmurHash2、MurmurHash3),這裡不在深入，例1如下圖所示：

　　1.2 解決鍵衝突

　　　　當有兩個或以上數量的鍵被分配到了雜湊表陣列的同一個索引上面時，稱為鍵衝突。Redis 的雜湊表使用“鏈地址”來解決鍵衝突，每個雜湊表節點都有一個next指標，多個雜湊表節點可以用next指標構成一個單向連結串列，被分配到雜湊表陣列同一個索引上，用單向連結串列把多個節點連線一起，解決了鍵衝突問題。

　　　　例2： 程式要將新"鍵值對"k2和v2 新增到雜湊表中，計算的k2 索引值為2, 但該雜湊表陣列索引值2上已有"鍵值對"k1和v1。 解決鍵索引衝突的辦法就是使用next指標將鍵k2和鍵k1的節點連線起來，如下圖所示：

 　　1.3 rehash 重新雜湊

 　　　　隨著對雜湊表陣列的不斷操作， 雜湊表陣列儲存的"鍵值對"節點會增多或減少，為了讓雜湊表的負載因子維持在一個合理的範圍之內，當雜湊表儲存的“鍵值對”數量太多或者太少時，程式需要對雜湊表的大小進行相應的擴充套件或收縮。擴充套件或收縮雜湊表的工作是通過執行rehash 操作來完成的，Redis字典的雜湊表執行reash的步驟如下：

　　　　(1) 為字典的ht[1] 雜湊表分配空間。這個空間大小取決於要執行的操作，以及ht[0]當前包含的“鍵值對”數量(ht[0].used的值)

　　　　(2) 將儲存在ht[0]中的所有“鍵值對”rehash到ht[1]上面， rehash指的是重新計算鍵的雜湊值和索引值，然後“鍵值對”放置到ht[1]雜湊表的指定位置上。

　　　　(3) 當ht[0]包含的所有“鍵值對”都遷移到了ht[1]之後,釋放ht[0], 將ht[1]設定為ht[0],並在ht[1]新建立一個空白的雜湊表，為下一次rehash準備。

　　　　例3： 下面是對ht[0]進行擴充套件操作，在沒有rehash之前，字典如下所示

　　　　ht[0].used當前的值為4(擴充套件公式為ht[0].used *2,  2^3次方), 程式會將ht[1]雜湊表的大小設定為8,ht[1]在分配空間之後，字典如下所示：

　　　　將ht[0]包含的四個“鍵值對”都rehash到ht[1]，此時釋放了ht[0]的雜湊表，如下圖所示：

　　　　最後將ht[1] 設定為ht[0], 然後為ht[1]分配一個空白雜湊表，至此，對雜湊表的擴充套件操作執行完畢，程式成功將雜湊表的大小從原來的4改為了現在的8，如下圖所示：

　　　　總結：雜湊表的擴充套件與收縮。當以下條件中的任意一個被滿足時，程式會自動開始對雜湊表執行擴充套件操作：

　　　　　　(1) 伺服器目前沒有在執行bgsave命令或者bgrewriteaof命令，並且雜湊表的負載因子大於等於1。

　　　　　　(2) 伺服器目前正在執行bgsave命令或者bgrewriteaof命令，並且雜湊表的負載因子大於等於5。

#負載因子= 雜湊表已儲存節點數量 / 雜湊表大小
load_factor=ht[0].used /ht[0].size

　　　　　　例如：對於一個大小為4,包含4個“鍵值對”的雜湊表來說，這個雜湊表的負載因子為: load_factor= 4/4=1。 又例如，對於一個大小為512，包含256個“鍵值對“的雜湊表來說，這個雜湊表的負載因子為: load_factor=256/512=0.5(這個要不需要擴充套件)。另外當雜湊表的負載因子小於0.1時,程式自動開始對雜湊表執行收縮操作。

 　　1.4 漸進式 rehash

　　　　上面rehash擴充套件或收縮雜湊表需要將ht[0] 裡面的所有”鍵值對“ rehash到ht[1]裡面， 這個rehash動作並不是一次性，集中式完成的，而是分多次，漸進式完成的。這樣做原因在於考慮到有大量”鍵值對“，如果一次性將大量”鍵值對“全部rehash到ht[1]的話，龐大的計算量可能會導致伺服器在一段時間內停止服務。因此是漸進式的將ht[0]裡面的鍵值對慢慢地rehash到ht[1]。

　　　　例4 以下是雜湊表漸進式rehash的詳細步驟：
　　　　　　(1) 為ht[1] 分配空間，讓字典同時持有ht[0]和ht[1]兩個雜湊表。此時rehashidx值為-1。

　　　　(2) 在字典中維持一個索引計數器變數rehashidx，並將它的值設定為0,表示rehash工作正式開始(rehash了一個鍵值對)。此時rehashidx值為0。

　　　　(3) 在每次rehash進行期間，除了對字典執行操作，程式還會將ht[0]的rehashidx索引值增一，下圖是全部rehash完成，此時rehashidx值為3。

　　　　(4) 最後當ht[0]的所有鍵值對rehash到ht[1]，此時程式將rehashidx屬性的值為-1, 表示rehash操作全部完成。將ht[1]設定為ht[0],並在ht[1]新建立一個空白的雜湊表，為下一次rehash準備

　　　　總結： 在漸進式 rehash執行期間，新新增到字典的鍵值對 一律會被儲存到ht[1]裡面，而ht[0]則不再進行任何新增操作，這一措施保證了ht[0]包含的鍵值對數量只減不增，並隨著rehash操作的執行最終變成空表。

　　1.5 字典API (主要操作API)

　　最後字典總結：

　　　　(1) 字典被廣泛用於實現Redis的各種功能，其中包括資料庫和雜湊鍵。

　　　　(2) Redis中的字典使用雜湊表作為底層實現，每個字典帶有兩個雜湊表，一個平時使用，另一個在rehash時使用。

　　　　(3) 當字典被用作資料庫的底層實現，或者雜湊鍵的底層實現時，Redis使用MurmurHash2演算法來計算鍵的雜湊值。

　　　　(4) 雜湊表使用鏈地址法來解決鍵衝突，被分配到同一個索引上的多個“鍵值對”會連線成一個單向連結串列。

　　　　(5) 在對雜湊表擴充套件或收縮操作時，程式需要將現有雜湊表包含的所有“鍵值對”rehash到新雜湊表裡面，並且這個rehash過程並不是一次性完成的，而是漸近式完成。