redis hash底层实现原理

Redis是一个开源的内存数据库，使用键值对存储数据。其中，Redis中的数据结构之一就是哈希（Hash），它提供了一种将多个字段（Field）存储在一个键（Key）中的方法。那么Redis的哈希数据结构是如何实现的呢？本文将详细介绍Redis哈希底层的实现原理。

在Redis中，每个哈希都是由一个类似于字典（Dictionary）的结构实现的，其中使用链地址法解决哈希冲突。整个哈希表的结构如下所示：

typedef struct dict {
dictType *type;
void *privdata;
dictht ht[2];
int rehashidx; /* rehashing 进度标识，当进行渐进式rehash时，这个值表示目前操作的(ht[0]或者ht[1])桶的索引位置*/
int iterators; /* number of iterators currently running 哈希表上目前运行的迭代器数量*/
} dict;
typedef struct dictht {
dictEntry **table; /* 哈希表数组，每个元素都是指向dictEntry结构的指针（指针数组） */
unsigned long size; /* 哈希表大小，是桶数，不能大于2^32 */
unsigned long sizemask; /* 哈希表大小掩码，用于计算索引值，等于size-1，位运算提高性能 */
unsigned long used; /* 哈希表已有节点数量 */
} dictht;
typedef struct dictEntry {
void *key;
union {
void *val;
uint64_t u64;
int64_t s64;
double d;
} v;
struct dictEntry *next; /* 链地址法解决冲突 */
} dictEntry;

上述代码中的dict结构表示一个哈希表，其中ht[0]表示当前哈希表，ht[1]表示进行渐进式rehash时的辅助哈希表（当需要对哈希表进行扩容时，会使用辅助哈希表提前申请新的内存）。

而dictht结构表示哈希表内部的哈希数组，table是一个指针数组，将哈希桶中的元素以链表的形式进行存储。

对于每个哈希键值对，Redis使用dictEntry结构来表示，其中key是一个指向键的指针，v是一个联合体，可以存储不同类型的值（Redis值对象），例如整型、浮点型、字符串等。

具体来说，Redis哈希底层实现的步骤如下：

1. 根据键值对的键，通过哈希函数计算出哈希值。
2. 根据哈希值计算出存储位置（索引）。
3. 在哈希表中找到对应索引位置的哈希桶（链表），然后遍历整个链表，查找是否有相同键的节点。
4. 如果找到相同键的节点，根据操作类型进行更新或删除操作。
5. 如果没有找到相同键的节点，则创建新的节点并将其插入到链表中。

下面是哈希表的插入、查找、删除的具体实现细节：

1. 插入：首先通过哈希函数将键转换为哈希值，并计算出插入位置。然后，查询该位置对应的哈希桶，遍历链表，查找是否已经存在相同的键。如果存在相同键，则更新对应节点的值。如果不存在相同键，则创建新的节点并将其插入到链表首部。如果链表长度过长（超过一定阈值），则将链表转化为红黑树（时间复杂度由O(n)降低为O(log n)）。
2. 查找：通过哈希函数计算键对应的哈希值，然后在哈希表中查找对应索引的哈希桶。遍历链表，查找是否存在相同键的节点。如果存在，则返回节点的值；如果不存在，则返回空指针。
3. 删除：通过哈希函数计算键对应的哈希值，然后在哈希表中查找对应索引的哈希桶。遍历链表，查找是否存在相同键的节点。如果存在，则删除该节点，并释放其内存；如果不存在，则不进行任何操作。

需要注意的是，在Redis中，哈希表的扩容和缩容是通过渐进式rehash来实现的。渐进式rehash的过程分为两个阶段，首先，Redis会在扩容时创建一个新的辅助哈希表（ht[1]），然后将原有哈希表（ht[0]）中的节点逐个迁移到辅助哈希表中。在这个过程中，Redis会通过rehashidx来标识当前操作的桶的索引位置。当迁移完成后，Redis会停止对ht[0]的操作，并释放其内存。

综上所述，Redis的哈希底层实现主要是基于字典结构和链地址法解决哈希冲突的思想。通过哈希函数计算键对应的哈希值，并在哈希表中查找对应的哈希桶。通过遍历链表或者红黑树，实现插入、查找和删除等操作。此外，Redis还使用渐进式rehash来实现哈希表的扩容和缩容。通过这些实现，Redis的哈希数据结构能够高效地存储和操作大量的键值对数据。