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  • memcached学习笔记——存储命令源码分析下篇

    上一篇回顾:《memcached学习笔记——存储命令源码分析上篇》通过分析memcached的存储命令源码的过程，了解了memcached如何解析文本命令和mencached的内存管理机制。

    本文是延续上一篇，继续分析存储命令的源码。接上一篇内存分配成功后，本文主要讲解：1、memcached存储方式；2、add和set命令的区别。

    memcached存储方式

    哈希表(HashTable)

    哈希表在实践中使用的非常广泛，例如编译器通常会维护的一个符号表来保存标记，很多高级语言中也显式的支持哈希表。 哈希表通常提供查找(Search)，插入(Insert)，删除(Delete)等操作，这些操作在最坏的情况下和链表的性能一样为O(n)。 不过通常并不会这么坏，合理设计的哈希算法能有效的避免这类情况，通常哈希表的这些操作时间复杂度为O(1)。 这也是它被钟爱的原因。

    memcached是通过一个HashTable来存储所有的item（注：memcached的slab模型是管理内存的，HashTable是用来存储数据的），memcached中HashTable的哈希冲突解决方法就是链接法，memcached的如此高效查询可以归功于HashTable。

    memcached的HashTable是声明和操作在assoc.c文件中，下面我们先看看memcached的HashTable声明和相关操作定义

     1 /* primary_hashtable是主要的HashTable */
 2 static item** primary_hashtable = 0;
 3 
 4 /* 如果memcached对HashTable进行扩展，那么旧的数据就会被存放在old_hashtable */
 5 static item** old_hashtable = 0;
 6 
 7 /* HashTable中保存item的数量 */
 8 static unsigned int hash_items = 0;
 9 
10 /* expanding是标记HashTable是否进行了扩展，如果进行了扩展，那么进行查询的时候就会在primary_hashtable和old_hashtable中查询，否则只会在primary_hashtable中查询 */
11 static bool expanding = false;
12 
13 /* HashTable初始化函数 */
14 void assoc_init(const int hashpower_init);
15 /* HashTable查询操作 */
16 item *assoc_find(const char *key, const size_t nkey, const uint32_t hv);
17 /* HashTable插入操作 */
18 int assoc_insert(item *item, const uint32_t hv);
19 /* HashTable删除操作 */
20 void assoc_delete(const char *key, const size_t nkey, const uint32_t hv);

    memcached内存分配成功后，返回新item，接着把这item保存到HashTable中，complete_nread_ascii > store_item > do_store_item

    在complete_nread_ascii（memcached.c）中store_item（thread.c）根据返回的结果，向客户端返回本次命令的最终结果

     1 static void complete_nread_ascii(conn *c) {
 2     assert(c != NULL);
 3 
 4     item *it = c->item;
 5     int comm = c->cmd;
 6     enum store_item_type ret;
 7 
 8     pthread_mutex_lock(&c->thread->stats.mutex);
 9     c->thread->stats.slab_stats[it->slabs_clsid].set_cmds++;
10     pthread_mutex_unlock(&c->thread->stats.mutex);
11 
12     if (strncmp(ITEM_data(it) + it->nbytes - 2, "
", 2) != 0) {
13         out_string(c, "CLIENT_ERROR bad data chunk");
14     } else {
15       ret = store_item(it, comm, c);  // memcached存储item操作
16       
17 
18     //........
19 
20 
21       switch (ret) {
22       case STORED:
23           out_string(c, "STORED");       // 存储成功后客户端得到的结果
24           break;
25       case EXISTS:
26           out_string(c, "EXISTS");
27           break;
28       case NOT_FOUND:
29           out_string(c, "NOT_FOUND");
30           break;
31       case NOT_STORED:
32           out_string(c, "NOT_STORED");  // 我们通过add存储一个已经存在的key的时候会得到这样的结果
33           break;
34       default:
35           out_string(c, "SERVER_ERROR Unhandled storage type.");
36       }
37 
38     }
39     
40     //.........
41 }

    store_item（thread.c）

     1 enum store_item_type store_item(item *item, int comm, conn* c) {
 2     enum store_item_type ret;
 3     uint32_t hv;
 4 
 5     // memcached根据hash算法计算出当前item的key的hash值hv
 6     hv = hash(ITEM_key(item), item->nkey, 0);
 7 
 8     item_lock(hv);
 9     // memcached存储item的核心操作
10     ret = do_store_item(item, comm, c, hv);
11     item_unlock(hv);
12     return ret;
13 }

    do_store_item（memcached.c）

     1 enum store_item_type do_store_item(item *it, int comm, conn *c, const uint32_t hv) {                                        //comm 是命令
 2     char *key = ITEM_key(it);
 3 
 4     // 通过key和hv哈希值查询HashTable（assoc_find，后面会讲解）中是否已经存在对应的item
 5     item *old_it = do_item_get(key, it->nkey, hv);
 6 
 7     // 存储的结果，初始值是NOT_STORED
 8     enum store_item_type stored = NOT_STORED;
 9 
10     item *new_it = NULL;
11     int flags;
12 
13     if (old_it != NULL && comm == NREAD_ADD) {
14         /* add only adds a nonexistent item, but promote to head of LRU */
15         // 数据项不为空, 更新时间
16         // 如果调用的是add命令并且，之前已经存在了相应的key的，那么就只是修改使用时间，stored的值还是NOT_STORED，
17         // 所以调用add来添加已经存在的项，会得到NOT_STORED的结果，key对应的value没有改变，在complete_nread输出信息
18         do_item_update(old_it);
19 
20     } else if (!old_it && (comm == NREAD_REPLACE
21         || comm == NREAD_APPEND || comm == NREAD_PREPEND))
22     {
23     
24         // ..........
25         
26     } else if (comm == NREAD_CAS) {
27     
28         // ............
29         
30     } else {  
31         // old_it为空，并且comm为add、set、replace、append；或者old_it不为空，并且comm为set、replace、append
32         /*
33          * Append - combine new and old record into single one. Here it's
34          * atomic and thread-safe.
35          */
36         if (comm == NREAD_APPEND || comm == NREAD_PREPEND) {
37         
38             // ..........
39             
40         }
41         
42         // 存储的结果，初始值是NOT_STORED
43         if (stored == NOT_STORED) {
44             if (old_it != NULL)
45                 item_replace(old_it, it, hv);    // old_it不为空，并且命令为set：在HashTable中用新的item it替换旧的item old_it
46             else
47                 do_item_link(it, hv);      // old_it为空，并且命令为add、set：那么就把item it插入到HashTable中
48 
49             c->cas = ITEM_get_cas(it);
50 
51             stored = STORED;   // 修改存储的结果
52         }
53     }// end if
54 
55     
56     // .........
57 
58     return stored;
59 }

    最后我们看看assoc_find函数，HashTable的查询操作

     1 item *assoc_find(const char *key, const size_t nkey, const uint32_t hv) {
 2     item *it;
 3     unsigned int oldbucket;
 4 
 5     // 正如我们上面：expanding是标记HashTable是否进行了扩展，如果进行了扩展，那么进行查询的时候就会在primary_hashtable和old_hashtable中查询，否则只会在primary_hashtable中查询
 6     // 这里通过key和hv哈希值，先定位item所在链表
 7     if (expanding &&
 8         (oldbucket = (hv & hashmask(hashpower - 1))) >= expand_bucket)
 9     {
10         it = old_hashtable[oldbucket];
11     } else {
12         it = primary_hashtable[hv & hashmask(hashpower)];
13     }
14 
15     item *ret = NULL;
16     int depth = 0;
17     // 遍历上面找到的链表it，从it中查询key对应的item
18     // 返回找到的item ret，否则就返回NULL
19     while (it) {
20         if ((nkey == it->nkey) && (memcmp(key, ITEM_key(it), nkey) == 0)) {
21             ret = it;
22             break;
23         }
24         it = it->h_next;  
25         ++depth;
26     }
27     MEMCACHED_ASSOC_FIND(key, nkey, depth);
28     return ret;
29 }

    add和set命令的区别

    从do_store_item函数中可以看出，1）如果是add命令，但是key对应的value已经存在，那么只是更新key的最近使用时间，value没有被新的value覆盖，返回NOT_STORED的结果；2）如果是add命令，第一次存储，那么value就会添加到HashTable中，返回STORED结果；3）如果是set命令，无论key对应的value是否已经存在，最后新的value会插入到HashTable中，返回STORED结果

    最后，感谢各位在大冷天的看完小弟拙文，谢谢！

    (完)

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