上篇文章《Redis数据结构概述》中，了解了常用数据结构。我们知道Redis以高效的方式实现了多种数据结构，因此把Redis看做为数据结构服务器也未尝不可。研究Redis的数据结构和正确、高效使用，对我们的应用程序会大有裨益。接下来的文章中我们逐个深入理解Redis的数据结构和使用场景。
Redis数据结构，我们从Redis暴露给外部使用的数据结构和内部实现的两个角度来学习。
1、暴露给外部使用的数据结构
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string
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list
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hash
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set
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sort set
2、内部实现基础结构即底层数据结构
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dict
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sds
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intset
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ziplist
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skiplist
-
quicklist
...
先抛出两个问题：Redis是如何组合 "内部实现" 的各种基础数据结构来实现 "暴露给外部使用" 的数据结构？ "暴露给外部使用" 的数据结构与"内部实现" 的基础数据结构之间是什么样的关系？
一、dict概述
dict是一个用于维护key和value映射关系的数据结构，与很多语言中的Map或dictionary类似。Redis的一个database中所有key到value的映射，就是使用一个dict来维护的，即保存数据库的键值对。
不过，dict在Redis中被使用的地方还有很多：
1、一个Redis hash结构，当它的field较多时，便会采用dict来存储即Hash底层实现之一（另一种是通过压缩列表实现）。
2、Redis配合使用dict和skiplist来共同维护一个sorted set。
dict本质上是为了解决算法中的查找问题（Searching），一般查找问题的解法分为两个大类：一个是基于各种平衡树，一个是基于哈希表。我们平常使用的各种Map或dictionary，大都是基于哈希表实现的。在不要求数据有序存储，且能保持较低的哈希值冲突概率的前提下，基于哈希表的查找性能能做到非常高效，接近O(1)，而且实现简单。
在Redis中，dict也是一个基于哈希表的算法。和传统的哈希算法类似，它采用某个哈希函数从key计算得到在哈希表中的位置，采用拉链法解决冲突，并在装载因子（load factor）超过预定值时自动扩展内存，引发重哈希（rehashing）。
Redis的dict实现最显著的一个特点，就在于它的重哈希。它采用了一种称为增量式重哈希（incremental rehashing）的方法，在需要扩展内存时避免一次性对所有key进行重哈希，而是将重哈希操作分散到对于dict的各个增删改查的操作中去。这种方法能做到每次只对一小部分key进行重哈希，而每次重哈希之间不影响dict的操作。dict之所以这样设计，是为了避免重哈希期间单个请求的响应时间剧烈增加，这与“快速响应时间”的设计原则是相符的。
二、dict数据结构定义
为了实现增量式重哈希（incremental rehashing），dict的数据结构里包含两个哈希表。在重哈希期间，数据从第一个哈希表向第二个哈希表迁移。
我们看下Redis源码中dict.h
/* Hash Tables Implementation.
*
* This file implements in-memory hash tables with insert/del/replace/find/
* get-random-element operations. Hash tables will auto-resize if needed
* tables of power of two in size are used, collisions are handled by
* chaining. See the source code for more information... :)
*
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*
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* SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS
* INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN
* CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE)
* ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE
* POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
*/
dict定义dictEntry、dictType、dictht和dict四个结构体来实现散列表的功能。它们具体定义如下：
1、dictEntry
typedef struct dictEntry {
void *key;
union {
void *val;
uint64_t u64;
int64_t s64;
double d;
} v;
struct dictEntry *next;
} dictEntry;
哈希表节点，保存键值对的结构体。
key：元素的key
v：元素的值，只能存放一个被选中的成员
next：后继节点即下一个键值对节点；
处理哈希碰撞，所有分配到同一索引的元素通过next指针链接起来形成链表，key和v都可以保存多种类型的数据。
从dictEntry的定义我们也可以看出dict通过“拉链法”来解决冲突问题。
2、dictType
typedef struct dictType {
// hash方法，根据关键字计算哈希值
unsigned int (*hashFunction)(const void *key);
// 复制key
void *(*keyDup)(void *privdata, const void *key);
// 复制value
void *(*valDup)(void *privdata, const void *obj);
// 关键字比较方法
int (*keyCompare)(void *privdata, const void *key1, const void *key2);
// 销毁key
void (*keyDestructor)(void *privdata, void *key);
// 销毁value
void (*valDestructor)(void *privdata, void *obj);
} dictType;
redis中通过dictType这样的一个结构用来存储针对不同类型的键值对的处理函数，即定义了字典操作的公共方法。这样对于不同类型的键值对，就可以有不同的处理了。即通过函数指针实现多态。
3、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哈希表结构，
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table，散列数组（二级指针）真正存储数据的地方。可以将table看做一个指向数组的指针，而数组就是hash表最基本的结构。通过数组和hash节点中的next指针形成完整的hash表。
-
size，散列数组的长度，通常是2的整数次方。
-
sizemask，hash表大小掩码，用于计算索引，当size非0时为（size-1）
-
used，散列数组中已经被使用的节点数量
4、dict
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;
dict，字典的主操作类，对dictht再次包装。
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type，字典类型。处理函数表，通过其中保存的函数指针对不同类型的数据进行不同的处理，实现多态。
-
privdata，私有数据。
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ht[2]，哈希表，一个字典中有两个哈希表。
-
rehashidx，数据动态迁移时的下标位置。ht[0]中正在rehash的桶的索引，当rehash=-1时，表明此时没有在进行rehash操作。
-
iterators，当前正在使用的迭代器的数量。
5、ictIterator
/* If safe is set to 1 this is a safe iterator, that means, you can call
* dictAdd, dictFind, and other functions against the dictionary even while
* iterating. Otherwise it is a non safe iterator, and only dictNext()
* should be called while iterating. */
typedef struct dictIterator {
dict *d;
long index;
int table, safe;
dictEntry *entry, *nextEntry;
/* unsafe iterator fingerprint for misuse detection. */
long long fingerprint;
} dictIterator;
dictEntry、dictType、dictht和dict四个结构体之间的关系
三、总结
以上对dictEntry、dictType、dictht和dict四个结构体进行了说明，接下了对四个结构体的作用总结：
一个dict由如下若干项组成：
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一个指向dictType结构的指针（type）。它通过自定义的方式使得dict的key和value能够存储任何类型的数据。
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一个私有数据指针（privdata）。由调用者在创建dict的时候传进来。
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两个哈希表（ht[2]）。只有在重哈希的过程中，ht[0]和ht[1]才都有效。而在平常情况下，只有ht[0]有效，ht[1]里面没有任何数据。
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当前重哈希索引（rehashidx）。如果rehashidx = -1，表示当前没有在重哈希过程中；否则，表示当前正在进行重哈希，且它的值记录了当前重哈希进行到哪一步了。
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当前正在进行遍历的iterator的个数。
dictType结构包含若干函数指针，用于dict的调用者对涉及key和value的各种操作进行自定义。这些操作包含：
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hashFunction，对key进行哈希值计算的哈希算法。
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keyDup和valDup，分别定义key和value的拷贝函数，用于在需要的时候对key和value进行深拷贝，而不仅仅是传递对象指针。
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keyCompare，定义两个key的比较操作，在根据key进行查找时会用到。
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keyDestructor和valDestructor，分别定义对key和value的析构函数。
私有数据指针（privdata）就是在dictType的某些操作被调用时会传回给调用者。
dictht定义一个哈希表的结构，由如下若干项组成：
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一个dictEntry指针数组（table）。key的哈希值最终映射到这个数组的某个位置上（对应一个bucket）。如果多个key映射到同一个位置，就发生了冲突，那么就拉出一个dictEntry链表。
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size：标识dictEntry指针数组的长度。它总是2的指数。
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sizemask：用于将哈希值映射到table的位置索引。它的值等于(size-1)，比如7, 15, 31, 63，等等，也就是用二进制表示的各个bit全1的数字。每个key先经过hashFunction计算得到一个哈希值，然后计算(哈希值 & sizemask)得到在table上的位置。相当于计算取余(哈希值 % size)。
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used：记录dict中现有的数据个数。它与size的比值就是装载因子（load factor）。这个比值越大，哈希值冲突概率越高。
dictEntry结构，包含k, v和指向链表下一项的next指针。
k是void指针，这意味着它可以指向任何类型。
v是个union，当它的值是uint64_t、int64_t或double类型时，就不再需要额外的存储，这有利于减少内存碎片。当然，v也可以是void指针，以便能存储任何类型的数据。
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