[Redis 系列]redis 学习十六，redis 字典(ma

作者: 阿兵云原生 | 来源:发表于2022-07-08 22:30 被阅读0次

[Redis 系列]redis 学习十六，redis 字典(ma
【Redis 系列】redis 学习二
Spring Boot 2.0 整合 Redis（Lettuce
redis入门
【Redis】Redis学习笔记（五）jedis(JedisCl
Redis认识与安装
第二章----Redis概述
Redis面试指南
redis系列（二）- 语法与命令
redis系列（一）- 安装与启动

redis 是使用 C 语言编写的，但是 C 语言是没有字典这个数据结构的，因此 C 语言自己使用结构体来自定义一个字典结构

typedef struct redisDb

src\server.h 中的 redis 数据库数据结构

/* Redis database representation. There are multiple databases identified
 * by integers from 0 (the default database) up to the max configured
 * database. The database number is the 'id' field in the structure. */
typedef struct redisDb {
    dict *dict;                 /* The keyspace for this DB */
    dict *expires;              /* Timeout of keys with a timeout set */
    dict *blocking_keys;        /* Keys with clients waiting for data (BLPOP)*/
    dict *ready_keys;           /* Blocked keys that received a PUSH */
    dict *watched_keys;         /* WATCHED keys for MULTI/EXEC CAS */
    int id;                     /* Database ID */
    long long avg_ttl;          /* Average TTL, just for stats */
    unsigned long expires_cursor; /* Cursor of the active expire cycle. */
    list *defrag_later;         /* List of key names to attempt to defrag one by one, gradually. */
} redisDb;

redisDb 存放了 redis 数据库底层的数据结构：

dict

字典类型

expires

过期时间

blocking_keys

客户端等待数据的键 (BLPOP)

ready_keys

收到PUSH的键被阻塞

watched_keys

监控 MULTI/EXEC CAS 的键，例如事务的时候就会使用到

数据库的 id， 0 – 15

avg_ttl

统计平均的 ttl

expires_cursor

记录过期周期

defrag_later

存放 key 的列表

typedef struct dict

src\dict.h 字典的数据结构

typedef struct dict {
    dictType *type;
    void *privdata;
    dictht ht[2];
    long rehashidx; /* rehashing not in progress if rehashidx == -1 */
    int16_t pauserehash; /* If >0 rehashing is paused (<0 indicates coding error) */
} dict;

dict 存放字典的数据结构

type

字典的类型

privdata

私有数据

hash 表，一个旧表，一个新表，是有当 hash 表扩容的时候，新表才会被使用到，也就是 ht[1]

typedef struct dictType

typedef struct dictType {
    uint64_t (*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);
    int (*expandAllowed)(size_t moreMem, double usedRatio);
} dictType;

dictType 定义了多个函数指针，便于后续进行方法的实现和调用

例如 keyCompare 函数指针，他是一个指针，指向的是一个函数，这个函数有 3 个参数，和 1 个返回值：

3 个参数

privdata

具体的数据

key1

key1 这个键具体的值

key2

key2 这个键具体的值

这个指针 keyCompare 指向的函数作用是比较两个 key 的大小

typedef struct dictht

/* 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;

dictht 存放的是 hash 表使用到的数据结构

table

实际的 key-value 键值对

size

hashtable 的容量

sizemask

等于 size -1

used

hashtable 元素的个数

typedef struct dictEntry

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

dictEntry 为键值对的实际数据结构

key 值，实际上是一个 sds 类型的

value 值，是一个联合体

dictEntry 指针，指向下一个数据，主要是解决 hash 冲突的

例如上一篇我们介绍到的 hash，如下图中，key 就是 1，v 就是 (k3,v3) ，next 指向的就是 (k2,v2)，一般默认情况 next 指向 NULL

[图片上传失败...(image-e0b625-1657290538582)]

上述联合体 v ，里面第 1 个元素是，void *val;

实际上这个元素才是指向真正的值，这个元素是一个指针，实际的数据结构是这个样子的

typedef struct redisObject {
    unsigned type:4;
    unsigned encoding:4;
    unsigned lru:LRU_BITS; /* LRU time (relative to global lru_clock) or
                            * LFU data (least significant 8 bits frequency
                            * and most significant 16 bits access time). */
    int refcount;
    void *ptr;
} robj;

type

类型，占 4 个 bit ，是用来约束客户端 api 的，例如 string 类型，embstr，hash，zset 等等

encoding

编码类型，占 4 个bit ，使用到的数字有 0 - 10，分别表示不同的数据类型

lru 占 24 个bit ，3 个字节，内存淘汰算法

refcount

引用计数， int 类型，占 4 个字节

实际的数据指针， 64 位操作系统中， ptr 占 8个字节

[图片上传失败...(image-7e40e9-1657290538582)]

bitmap 的小案例

设置一个 bitmap 的 key，作用为标记 11 号的在线用户

127.0.0.1:6379> SETBIT login:9:11 25 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> SETBIT login:9:11 26 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> SETBIT login:9:11 27 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> BITCOUNT login:9:11
(integer) 3
127.0.0.1:6379> strlen login:9:11
(integer) 4

BITCOUNT key [start end]

通过 BITCOUNT 可以看出 11 号在线人数 3 个人，login:9:11 占用字节数位 4 字节

127.0.0.1:6379> SETBIT login:9:12 26 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> SETBIT login:9:12 25 0
(integer) 0
127.0.0.1:6379> SETBIT login:9:12 27 1
(integer) 0
127.0.0.1:6379> STRLEN login:9:12
(integer) 4

通过 BITCOUNT 可以看出 12 号在线人数 2 个人，login:9:12 占用字节数位 4 字节

下面我们将取 login:9:11 和 login:9:12 的与操作，来计算 11 号和 12 号两天来都在线的人数

127.0.0.1:6379> BITOP and login:and login:9:11 login:9:12
(integer) 4
127.0.0.1:6379> BITCOUNT login:and
(integer) 2

BITOP operation destkey key [key ...]

根据上述结果我们可以看出，11 号和 12 号两天来都在线的人数为 2 人，验证 ok

我们再来看看11 号和 12 号任意一天在线的人数

127.0.0.1:6379> BITOP or login:or login:9:11 login:9:12
(integer) 4
127.0.0.1:6379> BITCOUNT login:or
(integer) 3

根据上述结果我们可以看出，11 号和 12 号任意一天在线的人数为 3 人，验证 ok

127.0.0.1:6379> type login:or
string
127.0.0.1:6379> OBJECT encoding login:or
"raw"
127.0.0.1:6379> OBJECT encoding login:9:12
"raw"
127.0.0.1:6379> OBJECT encoding login:and
"raw"

咱们来看看上述用到的 key ，在 redis 里面实际是什么数据类型吧，

OBJECT encoding [arguments [arguments ...]]

可以看出上述都是 “raw” 类型，也就是 redis 的 sds 类型

[图片上传失败...(image-c2a8ce-1657290538582)]

缓存行

咱们再来看一个小例子，redis 中设置一个字符串 key

127.0.0.1:6379> set name xiaoming
OK
127.0.0.1:6379> OBJECT encoding name
"embstr"

我们可以看出 name 的类型是 “embstr”，那么 “embstr” 底层是如何实现的呢？“embstr” 有能承载多少个字节的数据呢？

[图片上传失败...(image-ceeed8-1657290538582)]

上述我们有说到 redis 里面存放键值对的地方在 dictEntry 结构体中，dictEntry 结构体中的val 指针指向的是一个 redisObject 结构体，是这样的

[图片上传失败...(image-522ff4-1657290538582)]

我们在一个 64 位的机器中，CPU 在内存中读取数据的是通过读取缓存行的方式来实现的

一个缓存行有 64 字节

一个 redisObject 结构体占 16 字节

那么就还剩 48 字节 可以使用，那么使用 redis 里面哪一个 sds 数据结构来存放数据数据呢？

使用 hisdshdr8 类型，hisdshdr8 类型 sds 的前 3 个元素占用 3 个字节，那么剩下的 buf 存放数据就可以存放 45个字节（64 - 16 - 3）的数据了

如果你这么认为了，那么就有点粗心哦，因为 redis 为了兼容 C 语言的标准，会在字符串的后面加上 1 个 ‘\0’ ，他是占一个字节的因此最终“embstr” 实际能存放的字节数是：

44 字节

来回顾上一篇文章，可以看出

当数据占用空间在 0 - - 2^5-1 ，使用 hisdshdr5 数据类型

2^5 – 2^8-1 的占用空间的时候，使用 hisdshdr8 数据类型

[图片上传失败...(image-c05892-1657290538582)]

小小的实践

我们在 redis 中设置一个 test 的值为一个 44字节 的内容，查看这个 key 的类型，是 embstr

127.0.0.1:6379> set test 99999999991111111111222222222233333333334444
OK
127.0.0.1:6379> OBJECT encoding test
"embstr"
127.0.0.1:6379> STRLEN test
(integer) 44

再来设置 test2 为 大于 44 字节的内容，再查看他的内容是 raw

127.0.0.1:6379> set test2 999999999911111111112222222222333333333344449
OK
127.0.0.1:6379> OBJECT encoding test2
"raw"

最后送上一张上述数据结构的关系图

[图片上传失败...(image-c066aa-1657290538582)]

参考资料：

redis_doc
reids 源码 reids-6.2.5 Redis 6.2.5 is the latest stable version.

欢-迎点赞，关注，收藏

朋友们，你的支持和鼓励，是我坚持分享，提高质量的动力

[图片上传失败...(image-6e1714-1657290538582)]

好了，本次就到这里

技术是开放的，我们的心态，更应是开放的。拥抱变化，向阳而生，努力向前行。

我是小魔童哪吒，欢迎点赞关注收藏，下次见~

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