今天我們來聊一聊Redis中的鏈表與字典，具體如下：

鏈表

關于鏈表的基礎概念其實你在學習Redis之前一定積累了不少，所以本文將默認你已經掌握了鏈表相關的基礎知識，而Redis的鏈表其實也就是普通的鏈表~

因為Redis是使用C語言編寫的，因此Redis的數據結構的定義都是使用C語法定義的，你不需要完全理解下方C語言聲明結構體的語法，但我認為依靠大家的Java知識也能理解這就像是在Java中定義了一個鏈表對象

Redis鏈表節點的結構

typedef struct listNode {
	struct listNode *prev;	//指向前一個鏈表節點
	struct listNode *next;	//指向后一個鏈表節點
	void *value;			//當前節點的值(可以按需設定不同數據類型的value)
} listNode;

很明顯，當每一個節點內記錄了前后兩個節點位置之后，鏈表節點之間就能夠彼此前后相連，組成雙向通行車道（可以雙向遍歷）

Redis鏈表的表示

上面講解了Redis的鏈表的節點表示，并由此引申了一下可以借此構建Redis雙端鏈表，而事實上，對于每一個存在的雙端鏈表，Redis使用一個list結構來表示

typedef struct list {
	listNode *head;			//表頭節點
	listNode *tail;			//表尾節點
	unsigned long len;		//鏈表所包含的節點的數量
	void *(*dup)(void *ptr);	//節點復制函數
	void (*free)(void *ptr);	//節點釋放函數
	void (*match)(void *ptr, void *key);//節點值對比函數
} list;

很明顯，你看到三個好像是返回值為void的函數，但是看不懂C語法，沒關系，傳統后端功夫，自然是點到為止

Redis鏈表用在哪

我不想現在就告訴你，鏈表被廣泛用于實現Redis的各種功能，比如列表鍵、發布于訂閱、慢查詢、監視器等，等我們后面講到這幾部分的時候，白澤再結合鏈表和你細說~

字典

和鏈表一樣，Redis所使用的C語言并沒有內置字典這種數據結構，因此Redis構建了自己的字典實現。如果你學過數據結構，你會發現Redis的字典事實上就是數據結構中的鄰接表，即使沒學過，往下看就好啦~

Redis字典結構總覽

數組 + 鏈表 ==> 鄰接表，實錘

Redis字典結構分解

還記得嗎，上面我們說Redis鏈表可以用list描述，但是鏈表存儲的數據本質上，是由一系列listNode節點通過前后指針相連存儲的；類似的，Redis字典可以用如下dict描述，但是字典存儲的數據本質上，是由數組 + 若干鏈表組合得到的數據結構存儲的，字典dict結構如下：

typedef struct dict {
	dictType *type;			//類型特定函數
	void *privdata;			//私有數據
	dictht ht[2];			//哈希表數組
	int trehashidx;			//rehash索引，當rehash不在進行時，值為-1
} dict;

現在你只需要關注其中的哈希表數組ht[2]，它的數據類型為dictht，因此也是一種復合的數據結構，如下：

typedef struct dictht {
	dictEntry **table;		//哈希表數組
	unsigned long size;		//哈希表大小
	unsigned long sizemax;	//哈希表大小掩碼，用于計算索引值，等于size - 1
	unsigned long used;		//該哈希表已有節點的數量
} dictht;

哈希表dictht是Redis字典的核心，dictht的四個屬性中，size、sizemax、used都是用于描述table屬性整體狀態。看到這你就明白了，dictht的核心是dictEntry類型的table屬性（再次提醒，如果沒有C語言的基礎，本文中一切你看不懂的語法，包括數據類型，你只需要一眼帶過即可，我們的目的是學習Redis的設計思想）

table屬性是一個數組，數組中的每個元素都是一個指向dictEntry結構的指針，每個dictEntry結構保存一個鍵值對，并含有一個指向下一個dictEntry的指針，結構如下：

typedef struct dictEntry {
	void *key;	//鍵
	union {		//值（可以是一個指針，可以是一個uint64_t類型的整數，也可以是一個int64_t類型的整數）
		void *val;
		uint64_t u64;
		int64_t s64;
	} v;
	struct dictEntry *next;//指向下個哈希表節點，形成鏈表
} dictEntry;

哈希算法

我們知道，字典是用來存儲數據的，并且是以鍵值對的形式存儲的，那么我每次存入一個鍵值對放在字典的哪里？這就是哈希算法為你解決的事情：程序需要先根據鍵值對的鍵計算出哈希值和索引值，然后再根據索引值，將包含新鍵值對的哈希表節點放到哈希表數組的指定索引上面

比如我已經有下面這個字典，然后要插入一個鍵值對數據：k1 : v1，則程序有如下計算過程：（用戶只是往Redis服務器中插入了一條數據，下面都是程序內部的工作~）

hash = dict->type->hashFunction(k1);		//計算k1鍵的hash值（得到某個數值）
index = hash  dict->ht[0].sizemask = 1;	//計算k1鍵插入位置的索引值

解決鍵沖突

鍵沖突：當不同的key值計算得到的dictEntry索引值相同時，就稱發生鍵沖突（我要插入的位置已經被占用了，插入使得鏈表長度由1變多，當然第一次插入不算沖突）

解決方法：

就像上面我要插入一個k1 ：v1的鍵值對，并計算得到插入位置的索引為1（但是distEntry數組中索引為1的位置已經有k0 ：v0鍵值對存放了），因此程序會在哈希表ht[0]的dictEntry數組的索引為1的位置上插入一個dictEntry節點，放在原本鏈表首部的前一位置（搶占首位），其中存放著k1 ： v1鍵值對，插入后的圖如下：

你可能疑惑新插入的鍵值對的位置在每個dictEntry鏈表的最前面，而不是尾部，原因是每個dictEntry中除了保存鍵值對之外，只記錄了下一個dictEntry的地址（上面我已經給出了dictEntry的結構了~），程序無法直接得到dictEntry鏈表的最后一個節點，但可以直接得到第一個節點（通過dictEntry數組索引直接定位），因此每次插入的dictEntry節點（鍵值對）都將直接插入到對應索引的鏈表的頭部（因此dictEntry數組的內容是不斷在變的）

一句話來說：distEntry數組幫助使用索引定位，distEntry鏈表，用于處理沖突，不斷維護所存儲的鍵值對數據

rehash

隨著操作的不斷執行（增、刪、改、查），哈希表保存的鍵值對會逐漸增多或者減少，為了讓哈希表的負載因子維持在一個合理范圍內，當哈希表保存的鍵值對數量太多或太少時，程序會對哈希表的大小進行相應的擴展或者收縮（不知道你是否記得還有一個哈希表ht[1]的存在，這個表就是為了和ht[0]配合進行rehash而存在的）

rehash步驟：

為字典的ht[1]哈希表分配空間

如果程序執行擴展操作：

ht[1].size = 第一個大于等于ht[0].used * 2（ht[0]已經使用的空間大小乘2）的2的n次方冪

如果程序執行收縮操作：

ht[1].size = 第一個大于等于ht[0].used（ht[0]已經使用的空間大小）的2的n次方冪

將保存在ht[0]上的鍵值對rehash到ht[1]上，因為size不同，所以是重新hash，而不是整體復制

當ht[0]內鍵值對全部遷移到ht[1]中后，釋放ht[0]，然后將ht[1]和ht[0]的互換（rehash結束），此時ht[0]就是一個rehash后的哈希表，而ht[1]依舊為空表，為下次rehash做準備

漸進式rehash

上面提到的在哈希表ht[0]的負載因子過大或者過小會觸發rehash，但是，事實上rehash遷移的過程不是一蹴而就的（很明顯，如果數據ht[0]的數據很多，每次rehash如果都遷移全部數據，需要花費較大時間等待，用戶在rehash期間訪問Redis服務器將會陷入無響應的狀態）

漸進式過程：

將rehash的過程分攤在后續的每次增、刪、改、查操作上，在rehash期間，每次對字典執行操作，程序除了執行指定操作外，還會順帶將ht[0]哈希表在rehashidx索引（從0開始，-1表示rehash未開始）上的所有鍵值對rehash到ht[1]，當每次局部rehash工作完成后，程序將rehashidx屬性的值增一

注意：每次對字典進行增、刪、改、查會在ht[0]和ht[1]上同時進行，比如查找一個鍵，則會現在ht[0]上查找，沒找到再去ht[1]上查找，諸如此類，除了增加操作每次都將直接hash到ht[1]上，不會對ht[0]執行任何添加操作

到此這篇關于Redis數據結構之鏈表與字典的使用的文章就介紹到這了,更多相關Redis 鏈表與字典內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！