Redis数据类型之Hash（二）

前言：

     Redis hash是一个String类型的field和value的映射表。添加、删除操做复杂度平均为O(1)，为何是平均呢？由于Hash的内部结构包含zipmap和hash两种。hash特别适合用于存储对象。相对于将对象序列化存储为String类型，将一个对象存储在hash类型中会占用更少的内存，而且能够方便的操做对象。为何省内存，由于对象刚开始使用zipmap存储的。

    1. zipmap

        zipmap其实并非hashtable，zip能够节省hash自己须要的一些元数据开销。zipmap的添加、删除、查找复杂度为O(n)，可是filed数量都很少，因此能够说平均是O(1)。

        默认配置：
            hash-max-ziplist-entries 512  //filed最多512个
            hash-max-ziplist-value 64     //value最大64字节

        内存分配以下：

            例："foo" => "bar", "hello" => "world":<zmlen><len>"foo"<len><free>"bar"<len>"hello"<len><free>"world"

          （1）zmlen：记录当前zipmap的key-value对的数量。一个字节，所以规定其表示的数量只能为0~254，当zmlen>254时，就须要遍历整个zipmap来获得key-value对的个数
          （2）len：记录key或value的长度，有两种状况，当len的第一个字节为0~254(注释是253，咱们以代码为准)时，那么len就只占用这一个字节。若len的第一个字节为254时，那么len将用后面的4个字节来表示。所以len要么占用1字节，要么占用5字节。
          （3）free：记录value后面的空闲字节数，将”foo” => “world”变为”foo” => “me” ，那么会致使3个字节的空闲空间。当free的字节数过大用1个字节不足以表示时，zipmap就会从新分配内存，保证字符串尽可能紧凑。
          （4）end： 记录zipmap的结束，0xFF

        zipmap建立：

    2.hash

       在Redis中，hash表被称为字典（dictionary），采用了典型的链式解决冲突方法，即：当有多个key/value的key的映射值（每对key/value保存以前，会先经过相似HASH(key) MOD N的方法计算一个值，
  以便肯定其对应的hash table的位置）相同时，会将这些value以单链表的形式保存；同时为了控制哈希表所占内存大小，redis采用了双哈希表(ht[2])结构，并逐步扩大哈希表容量（桶的大小）的策略，
  即：刚开始，哈希表ht[0]的桶大小为4，哈希表ht[1]的桶大小为0，待冲突严重（redis有必定的判断条件）后，ht[1]中桶的大小增为ht[0]的两倍，并逐步(注意这个词：”逐步”)将哈希表ht[0]中元素迁移（称为“再次Hash”）到ht[1]，
  待ht[0]中全部元素所有迁移到ht[1]后，再将ht[1]交给ht[0]（这里仅仅是C语言地址交换），以后重复上面的过程。

     

  Redis哈希表的实现位于文件dict.h和dict.c中，主要数据结构以下：

#define DICT_NOTUSED(V) ((void) V)

typedef struct dictEntry {
    void *key;
    union {
        void *val;
        uint64_t u64;
        int64_t s64;
        double d;
    } v;
    struct dictEntry *next;
} dictEntry;

typedef struct dictType {
    unsigned int (*hashFunction)(const void *key);
    void *(*keyDup)(void *privdata, const void *key);
    void *(*valDup)(void *privdata, const void *obj);
    int (*keyCompare)(void *privdata, const void *key1, const void *key2);
    void (*keyDestructor)(void *privdata, void *key);
    void (*valDestructor)(void *privdata, void *obj);
} dictType;

/* This is our hash table structure. Every dictionary has two of this as we
 * implement incremental rehashing, for the old to the new table. */
typedef struct dictht {
    dictEntry **table;
    unsigned long size;
    unsigned long sizemask;
    unsigned long used;
} dictht;

typedef struct dict {
    dictType *type;
    void *privdata;
    dictht ht[2];
    long rehashidx; /* rehashing not in progress if rehashidx == -1 */
    int iterators; /* number of iterators currently running */
} dict;

  基本操做：
        Redis中hash table主要有如下几个对外提供的接口：dictCreate、dictAdd、dictReplace、dictDelete、dictFind、dictEmpty等，而这些接口调用了一些基础操做，包括：_dictRehashStep，_dictKeyIndex等

        Hash Table在必定状况下会触发rehash操做，即：将第一个hash table中的数据逐步转移到第二个hash table中。
      （1）触发条件 当第一个表的元素数目大于桶数目且元素数目与桶数目比值大于5时，hash 表就会扩张，扩大后新表的大小为旧表的2倍。

/* Expand the hash table if needed */
static int _dictExpandIfNeeded(dict *d)
{
    /* Incremental rehashing already in progress. Return. */
    if (dictIsRehashing(d)) return DICT_OK;

    /* If the hash table is empty expand it to the initial size. */
    if (d->ht[0].size == 0) return dictExpand(d, DICT_HT_INITIAL_SIZE);

    /* If we reached the 1:1 ratio, and we are allowed to resize the hash
     * table (global setting) or we should avoid it but the ratio between
     * elements/buckets is over the "safe" threshold, we resize doubling
     * the number of buckets. */
    if (d->ht[0].used >= d->ht[0].size &&
        (dict_can_resize ||
         d->ht[0].used/d->ht[0].size > dict_force_resize_ratio))
    {
        return dictExpand(d, d->ht[0].used*2);
    }
    return DICT_OK;
}

      （2）转移策略 为了不一次性转移带来的开销，Redis采用了平摊开销的策略，即：将转移代价平摊到每一个基本操做中，如：dictAdd、dictReplace、dictFind中，每执行一次这些基本操做会触发一个桶中元素的迁移操做。在此，有读者可能会问，若是这样的话，若是旧hash table很是大，何时才能迁移完。为了提升前移速度，Redis有一个周期性任务serverCron，每隔一段时间会迁移100个桶。

    相关操做：

         1.hset,hmset,hsetnx
            hset命令用来将某个hash指定键的值，若是键不存在，则建立并设置对应的值，返回一个整数1，若是键已经存在，则对应的值将被覆盖并返回整数0.
            hset hash_name field value 

127.0.0.1:6379> hset userid:1000 age 100
(integer) 1
127.0.0.1:6379> hset userid:1000 age 10
(integer) 0

            hmset命令和hset命令的做用类似，能够用来设置hash的键和值。不一样的是hmset能够同时设置多个键值对。操做成功后hmset命令返回一个简单的字符串“OK”。
            hset hash_name field value

127.0.0.1:6379> hmset userid:1000 name zhangsan age 10
OK

            hsetnx命令也用来在指定键不存在的状况下设置键值信息。若是键不存在，则Redis会先建立键，而后设置对应的值，操做成功后返回整数1。若是该键已经存在，则该命令不进行任何操做，返回值为0
            hsetnx hash_name field value

127.0.0.1:6379> HSETNX userid:1000 age 10
(integer) 0
127.0.0.1:6379> HSETNX userid:1000 weight 100
(integer) 1

         2.hget,hmget,hgetall
            hget命令用来获取某个hash指定key的值。若是该键存在，直接返回对应的值，不然返回nil。
            hget hash_name field

127.0.0.1:6379> hget user:1000 name
(nil)
127.0.0.1:6379> hget userid:1000 name
"zhangsan"

          hmget命令和hget命令相似，用来返回某个hash多个键的值的列表，对于不存在的键，返回nil值。
          hmget hash_name field1 field2...

127.0.0.1:6379> hmget userid:1000 name age
1) "zhangsan"
2) "10"

          hgetall命令返回一个列表，该列表包含了某个hash的全部键和值。在返回值中，先是键，接下来的一个元素是对应的值，因此hgetall命令返回的列表长度是hash大小的两倍。
          hgetall hash_name

127.0.0.1:6379> HGETALL userid:1000
1) "age"
2) "10"
3) "name"
4) "zhangsan"
5) "weight"
6) "100"

        3.hexists
           hexists命令用来判断某个hash指定键是否存在，若存在返回整数1，不然返回0。
           hexists hash_name field

127.0.0.1:6379> HEXISTS userid:1000 name
 integer) 1
127.0.0.1:6379> HEXISTS userid:1000 sex
(integer) 0

        4.hlen
           hlen命令用来返回某个hash中全部键的数量。
           hlen hash_name

127.0.0.1:6379> hlen userid:1000
(integer) 3

         5.hdel
            hdel命令用来删除某个hash指定的键。若是该键不存在，则不进行任何操做。hdel命令的返回值是成功删除的键的数量（不包括不存在的键）。
            hdel hash_name field      

127.0.0.1:6379> hlen userid:1000
(integer) 3
127.0.0.1:6379> hdel userid:1000 age
(integer) 1
127.0.0.1:6379> hlen userid:1000
(integer) 2

         6.Hkeys,hvals
            hkeys命令返回某个hash的全部键，若是该hash不存在任何键则返回一个空列表。
            hkeys hash_name
            hvals命令返回某个hash的全部值的列表。
            hvals hash_name

127.0.0.1:6379> hkeys userid:1000
1) "name"
2) "weight"
127.0.0.1:6379> hvals userid:1000
1) "zhangsan"
2) "100"

         7.hincrby,hincrbyfloat
            这两个命令都用来对指定键进行增量操做，不一样的是hincrby命令每次加上一个整数值，而hincrbyfloat命令每次加上一个浮点值。操做成功后返回增量操做后的最终值
            hincrby hash_name field i
            hincrbyfloat hash_name field f

127.0.0.1:6379> HINCRBY userid:1000 weight 10
(integer) 110
127.0.0.1:6379> HINCRBYFLOAT userid:1000 weight 10.0
"120"