Redis哈希表的实现要点
哈希算法的选择
针对不同的key使用不同的hash算法,如对整型、字符串以及大小写敏感的字符串分别使用不同的hash算法;
整型的Hash算法使用的是Thomas Wang's 32 Bit / 64 Bit Mix Function ,这是一种基于位移运算的散列方法。基于移位的散列是使用Key值进行移位操作。通常是结合左移和右移。每个移位过程的结果进行累加,最后移位的结果作为最终结果。这种方法的好处是避免了乘法运算,从而提高Hash函数本身的性能。
unsigned int dictIntHashFunction(unsigned int key){ key += ~(key << 15); key ^= (key >> 10); key += (key << 3); key ^= (key >> 6); key += ~(key << 11); key ^= (key >> 16); return key;}
字符串使用的MurmurHash算法,MurmurHash算法具有高运算性能,低碰撞率的特点,由Austin Appleby创建于2008年,现已应用到Hadoop、libstdc++、nginx、libmemcached等开源系统。2011年Appleby被Google雇佣,随后Google推出其变种的CityHash算法。
murmur是 multiply and rotate的意思,因为算法的核心就是不断的乘和移位(x *= m; k ^= k >> r;)unsigned int dictGenHashFunction(const void *key, int len) { /* 'm' and 'r' are mixing constants generated offline. They're not really 'magic', they just happen to work well. */ uint32_t seed = dict_hash_function_seed; const uint32_t m = 0x5bd1e995; const int r = 24; /* Initialize the hash to a 'random' value */ uint32_t h = seed ^ len; /* Mix 4 bytes at a time into the hash */ const unsigned char *data = (const unsigned char *)key; while(len >= 4) { uint32_t k = *(uint32_t*)data; k *= m; k ^= k >> r; k *= m; h *= m; h ^= k; data += 4; len -= 4; } /* Handle the last few bytes of the input array */ switch(len) { case 3: h ^= data[2] << 16; case 2: h ^= data[1] << 8; case 1: h ^= data[0]; h *= m; }; /* Do a few final mixes of the hash to ensure the last few * bytes are well-incorporated. */ h ^= h >> 13; h *= m; h ^= h >> 15; return (unsigned int)h;}
一个好的hash算法需要满足两个条件:
1) 性能高,运算足够快; 2) 相邻的数据hash后分布广;即使输入的键是有规律的,算法仍然能给出一个很好的随机分布性; 比如:murmur计算"abc"是1118836419,"abd"是413429783。而使用Horner算法,"abc"是96354, "abd"就比它多1(96355);rehash
负载因子 = 当前结点数/桶的大小,超过1表示肯定有碰撞了;碰撞的结点,通过链表拉链起来;
所有哈希表的初始桶的大小为4,根据负载因子的变化进行rehash,重新分配空间(扩展或收缩)
当hash表的负载因子超过1后,进行扩展(小于0.01时,进行收缩);
所谓扩展,就是新建一个hash表2,将桶的数量增大(具体增大为:第一个大于等于usedSize的2的n次冥);然后将hash表1中结点都转移到hash表2中;rehash的触发条件:
当做BGSAVE或BGREWRITEEOF时,负载因子超过5时触发rehash, 没有BGSAVE或BGREWRITEEOF时,负载因子超过1时触发rehash;在BGSAVE或BGREWRITEEOF时,使用到Linux的写时复制,如果这时候做rehash,将会好用更多的内存空间(没有变化的结点用一份,变化的结点复制一份)
渐进式rehash
一个hash表中的数据可能有几百上千万,不可能一次rehash转移完,需要分批逐渐转移;
在rehash的过程中,对redis的查询、更新操作首先会在hash0中查找,没有找到,然后转到hash1中操作; 对于插入操作,直接插入到hash1中;最终目标是将hash表1变为空表,rehash完成;value的存储
键值对的实现,value 是一个union,对整型和字符串使用不同的存储对象;
// 键void *key;// 值union { void *val; uint64_t u64; int64_t s64;} v;
ref:
《Hash 函数概览》 《redis设计与实现》Posted by: 大CC | 18NOV,2015
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