Redis中 Hash的原理你知道吗？

基本介绍

Hash 也可以用来存储用户信息,和 String 不同的是 Hash 可以对用户信息的每个字段单独存储,String 则需要序列化用户的所有字段后存储.并且 String 需要以整个字符串的形式获取用户,而 hash可以只获取部分数据,从而节约网络流量.不过 hash 内存占用要大于 String,这是 hash 的缺点.

> hset books JAVA "Effective java"
(integer) 1
> hset books golang "concurrency in go"
(integer) 1
> hget books java
"Effective java"
> hset user age 17
(integer) 1
>hincrby user age 1 #单个 key 可以进行计数 和 incr 命令基本一致
(integer) 18

redis 中的 Hash和 Java的 HashMap 更加相似,都是数组+链表的结构.当发生 hash 碰撞时将会把元素追加到链表上.值得注意的是在 Redis 的 Hash 中 value 只能是字符串.

内部原理

看完基本介绍之后,我们先来了解下 hash 的内部结构.第一维是数组,第二维是链表.组成一个 hashtable.

部分源码:

struct dictht {
 dictEntry **table; //entry 数组
 long size; //数组长度
 long used //数组中的元素个数
 ...
}
struct dictEntry{
 void *key; //hash 的 key
 void *val; //hash 的 value
 dictEntry *next; //下一个dictEntry 链表结构
}

在 Java 中 HashMap 扩容是个很耗时的操作,需要去申请新的数组,为了追求高性能,Redis 采用了 渐进式 rehash 策略.这也是 hash 中最重要的部分。

渐进式 rehash

在 hash 的内部包含了两个hashtable,一般情况下只是用一个.如图所示:

在扩容的时候 rehash 策略会保留新旧两个 hashtable 结构,查询时也会同时查询两个 hashtable.Redis会将旧 hashtable 中的内容一点一点的迁移到新的 hashtable 中,当迁移完成时,就会用新的 hashtable 取代之前的.当 hashtable 移除了最后一个元素之后,这个数据结构将会被删除.如图所示:

数据搬迁的操作放在 hash 的后续指令中,也就是来自客户端对 hash 的指令操作.一旦客户端后续没有指令操作这个 hash.Redis就会使用定时任务对数据主动搬迁.

正常情况下,当 hashtable 中元素的个数等于数组的长度时,就会开始扩容,扩容的新数组是原数组大小的 2 倍.如果 Redis 正在做 bgsave(持久化) 时,可能不会去扩容,因为要减少内存页的过多分离(Copy On Write).但是如果 hashtable 已经非常满了,元素的个数达到了数组长度的 5 倍时,Redis 会强制扩容。

当hashtable 中元素逐渐变少时,Redis 会进行缩容来减少空间占用,并且缩容不会受 bgsave 的影响,缩容条件是元素个数少于数组长度的 10%。