Redis 哈希结构内存模型剖析 - 过早客

Redis 哈希结构内存模型剖析

IT技术 • CodeSheep • 发表于 6 年前

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概述

在前文《Redis字符串类型内部编码剖析》之中已经剖析过 Redis最基本的 String类型的内部是怎么编码和存储的，本文再来阐述 Redis中使用 最为频繁的数据类型：哈希（或称散列），在Redis内部是怎么存的。

实验源码环境：Redis 4.0.10

注：本文首发于 My Personal Blog，欢迎光临小站

本文内容脑图如下：

本文内容脑图

哈希类型内部编码详情

对于 Redis的常用 5 种数据类型（String、Hash、List、Set、sorted set），每种数据类型都提供了 最少两种 内部的编码格式，而且每个数据类型内部编码方式的选择 对用户是完全透明的，Redis会根据数据量自适应地选择较优化的内部编码格式。

如果想查看某个键的内部编码格式，可以使用 OBJECT ENCODING keyname 指令来进行，比如：

127.0.0.1:6379> 
127.0.0.1:6379> set foo bar
OK
127.0.0.1:6379> 
127.0.0.1:6379> object encoding foo  // 查看某个Redis键值的编码
"embstr"
127.0.0.1:6379> 
127.0.0.1:6379>

对于使用最为频繁的 Hash类型，其内部编码方式可能有两种：

OBJ_ENCODING_ZIPLIST（压缩列表）
OBJ_ENCODING_HT（哈希表）

Redis 会根据数据量的情况来自适应地选择这两种编码方式中较优的一种，而这一切对用户完全透明。

在 数据条目较少，数据值较小 的时候 Redis会采用 压缩列表（OBJ_ENCODING_ZIPLIST）编码方式进行存储。这里成员"较少"，成员值"较小"的标准可以通过如下配置项进行配置：

hash-max-ziplist-entries 512
hash-max-ziplist-value 64

Redis 默认给出了默认值，当然用户可根据实际情况自行配置。

当 Hash类型键的字段个数 < hash-max-ziplist-entries 并且 每个字段名和字段值的长度 < hash-max-ziplist-value 时，Redis 会使用 OBJ_ENCODING_ZIPLIST来存储该键，反之则会转换为 OBJ_ENCODING_HT的编码方式。

口说无凭，我们不妨先来做个实验感受一下吧：

Redis 自适应地选择编码方式

很明显该实验验证了当 字段值长度大于64时，编码格式会由 ZIPLIST方式切换为 Hashtable方式。

源码之前，了无秘密，我们再来看一下Redis关于这部分切换的源码实现，那就理解得更加清楚了：

Redis哈希类型编码选择的源码

Redis 哈希类型编码选择的源码

下面详解 OBJ_ENCODING_ZIPLIST 和 OBJ_ENCODING_HT 这两种编码格式的内部存储模型，知道了其各自特点和优缺点，自然也就明白了Redis内部使用它们的意图。

OBJ_ENCODING_ZIPLIST 编码

Ziplist 压缩列表是一种紧凑编码格式，总体思想是时间换空间，即以部分读写性能为代价，来换取极高的内存空间利用率，因此只会用于 字段个数少，且字段值也较小 的场景。

压缩列表内存利用率极高的原因与其连续内存的特性是分不开的，其典型的内存结构可以用下图形象地展示出来：

ZIPLIST 内存模型

所以如果用 Ziplist来存储 Redis的散列类型的话，元素的排列方式就变成了如下图所示的形象示意图：即key和value都是逻辑连续内存：

用 Ziplist来存储 Redis的散列类型

OBJ_ENCODING_HT 编码

OBJ_ENCODING_HT 这种编码方式内部才是真正的哈希表结构，或称为字典结构，其可以实现O(1)复杂度的读写操作，因此效率很高。

在 Redis内部，从 OBJ_ENCODING_HT类型到底层真正的散列表数据结构是一层层嵌套下去的，关系如下：

Redis哈希嵌套关系

这一关系我们可以从 Redis哈希表定义部分的源码来看出：

Redis哈希表定义部分的源码

下面来详解一下各个部分：

关于哈希节点（dictEntry）

dictEntry

关于哈希表（dictht）和字典（dict）

dictht 和 dict

关于dictType

dictType

Redis如何计算Hash值

Redis计算Hash的源代码如下：

计算Hash值

这是一个 C语言宏定义，其实幕后真正承担 Hash值计算的是上面介绍的 dictType结构体中的函数指针 hashFunction。

而该 hashFunction函数指针在初始化时会对应被赋值为一个个真实的计算 Hash值的实际函数，就像下面这样：

hashFunction 函数指针赋值

Redis如何计算存取索引Index值

Index值的计算依赖于上面计算得出的 Hash值，代码如下：

Redis计算索引Index值的源码

到此，还有一个一直非常值得关注的细节：即字典 dict里总是保存有两个 Hash表结构 ht[2]，以及与其高度相关的 rehash操作，这在下一篇文章里详解。

后记

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