跋山涉水 —— 深入 Redis 字典遍历

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跋山涉水 —— 深入 Redis 字典遍历

java填坑路 2018-08-18 19:37:18 浏览315
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前言

Redis 字典的遍历过程逻辑比较复杂,互联网上对这一块的分析讲解非常少。我也花了不少时间对源码的细节进行了整理,将我个人对字典遍历逻辑的理解呈现给各位读者。也许读者们对字典的遍历过程有比我更好的理解,还请不吝指教。

一边遍历一边修改

我们知道 Redis 对象树的主干是一个字典,如果对象很多,这个主干字典也会很大。当我们使用 keys 命令搜寻指定模式的 key 时,它会遍历整个主干字典。值得注意的是,在遍历的过程中,如果满足模式匹配条件的 key 被找到了,还需要判断 key 指向的对象是否已经过期。如果过期了就需要从主干字典中将该 key 删除。

那么,你是否想到了其中的困难之处,在遍历字典的时候还需要修改字典,会不会出现指针安全问题?

重复遍历

字典在扩容的时候要进行渐进式迁移,会存在新旧两个 hashtable。遍历需要对这两个 hashtable 依次进行,先遍历完旧的 hashtable,再继续遍历新的 hashtable。如果在遍历的过程中进行了 rehashStep,将已经遍历过的旧的 hashtable 的元素迁移到了新的 hashtable中,那么遍历会不会出现元素的重复?这也是遍历需要考虑的疑难之处,下面我们来看看 Redis 是如何解决这个问题的。

迭代器的结构

Redis 为字典的遍历提供了 2 种迭代器,一种是安全迭代器,另一种是不安全迭代器。

迭代器的「安全」指的是在遍历过程中可以对字典进行查找和修改,不用感到担心,因为查找和修改会触发过期判断,会删除内部元素。「安全」的另一层意思是迭代过程中不会出现元素重复,为了保证不重复,就会禁止 rehashStep。

而「不安全」的迭代器是指遍历过程中字典是只读的,你不可以修改,你只能调用 dictNext 对字典进行持续遍历,不得调用任何可能触发过期判断的函数。不过好处是不影响 rehash,代价就是遍历的元素可能会出现重复。

安全迭代器在刚开始遍历时,会给字典打上一个标记,有了这个标记,rehashStep 就不会执行,遍历时元素就不会出现重复。

迭代过程

安全的迭代器在遍历过程中允许删除元素,意味着字典第一维数组下面挂接的链表中的元素可能会被摘走,元素的 next 指针就会发生变动,这是否会影响迭代过程呢?下面我们仔细研究一下迭代函数的代码逻辑。

值得注意的是在字典扩容时进行rehash,将旧数组中的链表迁移到新的数组中。某个具体槽位下的链表只可能会迁移到新数组的两个槽位中。

迭代器的选择

除了keys指令使用了安全迭代器,因为结果不允许重复。那还有其它的地方使用了安全迭代器么,什么情况下遍历适合使用非安全迭代器呢?

简单一点说,那就是如果遍历过程中不允许出现重复,那就使用SafeIterator,比如下面的两种情况

bgaofrewrite需要遍历所有对象转换称操作指令进行持久化,绝对不允许出现重复

bgsave也需要遍历所有对象来持久化,同样不允许出现重复

如果遍历过程中需要处理元素过期,需要对字典进行修改,那也必须使用SafeIterator,因为非安全的迭代器是只读的。

其它情况下,也就是允许遍历过程中出现个别元素重复,不需要对字典进行结构性修改的情况下一律使用非安全迭代器。

思考

请继续思考rehash对非安全遍历过程的影响,会重复哪些元素,重复的元素会非常多么还是只是少量重复?

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