Redis （二）扩容机制

　字典扩容需要同时满足如下两个条件：

　　1、哈希表中保存的key数量超过了哈希表的大小（可以看出size既是哈希表大小，同时也是扩容阈值）

　　2、当前没有子进程在执行aof文件重写或者生成RDB文件；或者保存的节点数与哈希表大小的比例超过了安全阈值（默认值为5）　　

　　redis 渐进式扩容机制 ： https://blog.csdn.net/belalds/article/details/93713491?utm_medium=distribute.pc_aggpage_search_result.none-task-blog-2~all~sobaiduend~default-1-93713491.nonecase&utm_term=redis%E5%AD%97%E5%85%B8%E6%89%A9%E5%AE%B9%E7%9A%84%E6%9D%A1%E4%BB%B6&spm=1000.2123.3001.4430

一、rehash

　　字典初始化，在redis中字典中的hash表也是采用延迟初始化策略，在创建字典的时候并没有为哈希表分配内存，只有当第一次插入数据时，才真正分配内存。看看字典创建函数dictCreate

　　随着操作的不断进行，哈希表保存的键值对会逐渐增多或减少，为了让哈希表负载因子维持在一个合理范围之内，当哈希表保存的键值对太多或太少时，程序要对哈希表的大小进行相应的扩展或收缩。

　　Redis对字典的哈希表执行rehash的步骤如下：

1、为字典的ht[1]哈希表分配空间，这个空间大小取决于要执行的操作：

　　如果执行的是扩展操作，则ht[1]的大小为第一个大于等于等于ht[0].used*2的2^n；

　　rehash后新生成的dictEntry节点数组大小等于超过当前key个数向上求整的2的n次方，比如当前key个数为100，则新生成的节点数组大小就是128

2、如果执行的收缩操作，则ht[1]的大小为第一个大于等于ht[0].used的2^n；

　　将保存在ht[0]中的所有键值对rehash到ht[1]上面：rehash指的是重新计算键的哈希值和索引值，然后将键值对放置到ht[1]的指定位置上。

3、当ht[0]包含的所有键值对都迁移到ht[1]之后，释放ht[0]，将ht[1]设置为ht[0]，并在ht[1]新创建一个空白哈希表，为下一次rehash做准备。

下面为一个rehash的实例 ：

　　　　　　　　 

　　2 * 4 = 8 ( 2 ^ 3 ) ：

　　　　　　

　　重新计算索引，并复制， h [0] 所有的键值都迁移到 h [1]

　　　  　

　　完成 rehash 之后的字典

　　  　　

哈希表的扩展与收缩

　　redis中，每次插入键值对时，都会检查是否需要扩容。如果满足扩容条件，则进行扩容。

　　当以下条件中任意一个被满足时，程序会自动开始对哈希表执行扩展操作：

　　1、服务器目前没有执行BGSAVE或BGREWRITEAOF命令，并且哈希表负载因子大于等于1。

　　2、服务器正在执行BGSAVE或BGREWRITEAOF命令，并且哈希表负载因子大于等于5。

　　区分这两种情况的目的在于，因为执行BGSAVE与BGREWRITEAOF过程中，Redis都需要创建子进程，而大多数操作系统都采用写时复制技术来优化子进程使用效率，所以在子进程存在期间，服务器会提高执行扩展操作所需的负载因子，

从而尽可能避免在子进程存在期间进行哈希表扩展操作，这可以避免不必要的内存写入，最大限度的节约空间。

　　另一方面，当哈希表负载因子小于0.1时，程序自动开始对哈希表执行收缩操作。

 

二、渐进式rehash

　　Redis中的rehash动作并不是一次性、集中式完成的，而是分多次、渐进式的完成的。

　　这样做的目的是，如果服务器中包含很多键值对，要一次性的将这些键值对全部rehash到ht[1]的话，庞大的计算量可能导致服务器在一段时间内停止服务于。

　　为了避免这种影响，Redis采用了渐进式Redis：

　　1、为ht[1]分配空间，让字典同时持有ht[0]和ht[1]两个哈希表。

　　2、在字典中维持一个索引计数器变量rehashidx，并将它置为0，表示rehash工作开始。

　　3、在rehash进行期间，每次对字典执行添加、删除、查找或者更新操作时，程序除了执行指定操作以外，还会顺带将ht[0]哈希表在rehashidx索引上的所有键值对rehash到ht[1]中，当rehash工作完成之后，程序将rehashidx属性的值+1。

　　4、随着字典操作的不断进行，最终在某个时间点上，ht[0]的所有键值对都被rehash到ht[1]上，这时将rehashidx属性设为-1，表示rehash完成。

　　渐进式rehash 的好处在于其采取分而治之的方式，将rehash键值对所需要的计算工作均摊到字典的每个添加、删除、查找和更新操作上，从而避免了集中式rehash而带来的庞大计算量。

　　下面为一个渐进式rehash的实例：

　　 准备开始 rehash

　　　　　　

　　rehash 索引 0 上的键值对

　　　　　　

　　rehash 索引 1 上的键值对

 

 　　rehash 索引 2 上的键值对

　　

 　　rehash 索引 3 上的键值对

　　　　

 　　　　rehash 执行完毕

　　　　

 　　

渐进式rehash执行期间的哈希表操作

　　因为在渐进式rehash的过程中，字典会同时使用ht[0]和ht[1]两个哈希表，所以在渐进式rehash进行期间，字典的删除、查找、更新等操作都是在两个表上进行的。

　　例如，查找操作会先在ht[0]上进行，如果没找到再在ht[1]上进行。

　　添加操作的键值对会一律保存到ht[1]中，这一措施保证ht[0]包含的键值对只会减少不会增加。

rehash后新生成的dictEntry节点数组大小等于超过当前key个数向上求整的2的n次方，比如当前key个数为100，则新生成的节点数组大小就是128