字典是一种用于保存键值对的抽象数据结构，在字典中一个键（key）可以和一个值（value）进行关联，这些关联的键和值就称为键值对，字典中的每个键都是独一无二的。
1. 字典的实现
redis的字典使用哈希表作为底层实现，一个哈希表里面可以有多个哈希表节点，而每个哈希表节点就保存了字典中的一个键值对。
1.1 哈希表
redis字典所使用的哈希表由dict.h/dictht结构定义：
typedef struct dictht {
//哈希表数组
dictEntry **table;
//哈希表大小
unsigned long size;
//哈希表大小掩码，用于计算索引值
//总是等于size-1
unsigned long sizemask;
//该哈希表已有节点的数量
unsigned long used;
} dictht;
table属性是一个数组，数组中每个元素都是指向一个dict.h/dictEntry结构的指针，每个dictEntry结构保存着一个键值对。size属性记录了哈希表的大小，也即是table数组的大小，而used属性则记录了哈希表目前已有节点（键值对）的数量。sizemask属性的值总是等于size-1，这个属性和哈希表一起决定一个键应该被放到table数组的哪个索引上面。如图是一个大小为4的空哈希表（没包含任何键值对）。
1.2 哈希表节点
哈希表节点使用dictEntry结构表示，每个dictEntry结构都保存这一个键值对：
typedef struct dictEntry {
//键
void *key;
//值
union{
void *val;
uint64_t u64;
int64_t s64;
} v;
//指向下个哈希表节点，形成链表
struct dictEntry *next;
} dictEntry;
key属性保存着键值对中的键，而v属性则保存着键值对中的值，其中键值对的值可以是一个指针，或者是一个uint64_t，又或者是一个int64_t整数。next属性是指向另一个哈希表节点的指针，这个指针可以将多个哈希值相同的键值对连接在一起，以此解决键冲突的问题。如图所示，两个索引值相同的键k1和k0连在了一起：
1.3 字典
redis中的字典由dict.h/dict结构表示：
typedef struct dict {
//类型特定函数
dictType *type;
//私有数据
void *privdata;
//有两个哈希表
dictht ht[2];
//rehash索引
//当rehash不在进行时，值为-1
int rehashidx;
} dict;
type属性和privdata属性是针对不同类型的键值对，为创建多态字典而设置的。ht属性是一个包含两个项的数组，数组中的每个项都是一个dictht哈希表，一般情况下，字典只是用ht[0]哈希表，h[1]哈希表只会在ht[0]进行rehash时使用。另一个和rehash有关的属性是rehashidx，它记录了rehash目前的进度，如果目前没有在进行rehash，那么它的值为-1。如图所示是一个普通状态下的字典：
2. 哈希算法
当要添加新的键值对到字典中时，首先要根据键值对的键计算哈希值和索引值，再根据索引值将包含新键值对的哈希表节点放到哈希表数组的指定索引上面。redis计算哈希值和索引值的方法如下：
#使用字典设置的哈希函数，计算键key的哈希值，redis使用的是MurmurHash算法
hash = dict->type->hashFunction(key);
#使用哈希表的sizemask属性和哈希值，计算出索引值
#因为是与运算，结果下标最大值为sizemask
#根据情况不同，ht[x]可以是ht[0]或者ht[1]
index = hash & dict->ht[x].sizemask;
3. 解决键冲突
redis的哈希表使用链地址法解决键冲突，而且因为dictEntry节点组成的链表没有指向链表表尾的指针，所以为了速度考虑，程序总是将新节点添加到链表的表头位置（头插）。
4. rehash
随着操作不断进行，哈希表保存的键值对会逐渐地增多或者减少，为了让哈希表的负载因子维持在一个合理的范围之内，当哈希表保存的键值对数量太多或者太少时，程序需要对哈希表的大小进行相应的扩展或者收缩。扩展和收缩哈希表的工作可以通过执行rehash（重新散列）操作来完成，redis对字典的哈希表执行rehash步骤如下：
- 为字典的ht[1]哈希表分配空间，这个哈希表空间大小取决于要执行的操作和ht[0]当前包含的键值对数量（ht[0].used属性）：如果执行扩展操作，那么ht[1]的大小为第一个大于等于ht[0].used*2的2n；如果执行的是收缩操作，那么ht[1]的大小为第一个大于等于ht[0].used的2n。
- 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]哈希表的指定位置上。
- 当ht[0]包含的所有键值对都迁移到了ht[1]之后（ht[0]变为空表），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。
哈希表的扩展和收缩
当以下条件中的任意一个被满足时，程序会自动开始对哈希表执行扩展操作：
- 服务器目前没有在执行BGSAVE命令或者BGREWRITEAOF命令，并且哈希表的负载因子大于等于1。
- 服务器目前正在执行BGSAVE命令或者BGREWRITEAOF命令，并且哈希表的负载因子大于等于5。
其中负载因子计算公式为负载因子 = 哈希表已保存节点数量 / 哈希表大小。两种情况下负载因子要求不同，是因为在执行BGSAVE命令或者BGREWRITEAOF命令的过程中，redis需要创建当前服务器进程的子进程，而大多数操作系统都采用写时复制技术优化子进程的使用效率，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，从而尽可能地避免在子进程存在期间进行哈希表扩展操作，避免不必要的内存写入操作。
另一方面，当哈希表的负载因子小于0.1时，程序自动开始对哈希表执行收缩操作。
5. 渐进式rehash
上面讲到扩展或收缩哈希表需要将ht[0]里面的所有键值对rehash到ht[1]里，但服务器不是一次性将ht[0]里面的所有键值对全部rehash到ht[1]，而是分多次、渐进式地将ht[0]里面的键值对慢慢地rehash到ht[1]。以下是详细步骤：
- 为ht[1]分配空间，让字典同时持有ht[0]和he[1]两个哈希表。
- 在字典中维持一个索引计数器变量rehashidx，并将它的值设置为0，表示rehash工作正式开始。
- 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，程序除了执行指定的操作外，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]，当rehash工作完成之后，程序将rehashidx属性的值增一。这样随着rehashidx从0到n-1，每个索引上的所有键值对（链表连接起来）都会rehash到ht[1]上。
- 随着字典操作的不断执行，最终在某个时间点上，ht[0]的所有键值对都会被rehash至ht[1]，这时程序将rehashidx属性的值设为-1，表示rehash操作已完成。
渐进式rehash的好处在于它采取分而治之的方式，将rehash键值对所需的计算工作均摊到对字典的每个添加、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。
渐进式rehash执行期间的哈希表操作
因为再进行渐进式rehash的过程中，字典会同时使用ht[0]和he[1]两个哈希表，所以在渐进式rehash进行期间，字典的删除、查找、更新等操作会在两个哈希表上进行。例如要在字典里面查找一个键的话，程序会先在ht[0]里面进行查找，没找到就会继续到ht[1]里面查找。
另外，在渐进式rehash执行期间，新添加到字典的键值对一律会被保存到ht[1]里面，而ht[0]则不再进行任何添加操作。
