redis中scan命令的基本实现方法

前言

在一个天朗气清的日子，小灰登上了线上的redis打算查询数据。然而他只记得前缀而不知道整个键是多少，于是在命令行敲入了“keys xxx*”命令。

瞬间服务卡死，报警邮件堆满了邮箱，而小灰，只能目瞪狗呆的等待着即将降临的case study。

基本上，keys *命令都是在线上是被运维禁止的。

redis的键在键值对大小大于hash-max-ziplist-value且个数小于hash-max-ziplist-entries的时候，是存放在散列表数据结构中的，在运行keys命令的时候，需要遍历数据库键空间，把所有键都取出来后与keys后面的pattern匹配。

在键很多的情况下，redis可能的卡顿会在秒级以上，导致所有流量都打到数据库，使得数据库雪崩。

那我们怎么才能够在查找到目标键呢？在redis2.8.0的时候加入了scan命令，可以分批次扫描redis键。虽然在应用的时候会使得要查询到全部符合要求的key的时间变长，但是大大大大减少了redis卡顿的几率

在这里先补充一下背景：

redis中的字典rehash是渐进式哈希，即不是一次性把所有的键都迁移到新的哈希表，而是在下面两种情况下迁移数据：
每次哈希表操作的时候，如果当前正在rehash，则迁移一个节点；
服务空闲时，会rehash一百个节点。

scan命令可以保证在（没有键修改的）字典正在rehash的过程中做到以下两点：

不出现重复数据
不遗漏数据

那scan命令是怎么做到在rehash过程中都能不重复不遗漏地遍历所有节点的呢？让我们来一起走读一下源码。

Let's GO!

在使用scan命令的时候，我们每次传入一个游标（从0开始），然后下一轮继续使用本轮redis返回的游标。scan字典的核心函数是dictScan，而dictScan的更新游标的核心代码如下：

v |= ~m0;//或者m1
/* Increment the reverse cursor */
v = rev(v);
v++;
v = rev(v);

其中m0、m1为当前哈希表大小减一，rev是二进制逆序。

看到这里，不知道在座的各位是不是也是跟我一样是下面这个表情

让我们来模拟一下问题，就清楚了。

我们假设现在在一个四个节点的哈希表中遍历，如下图，游标的遍历节点为：0 -> 2 -> 1 -> 3 ：

redis中scan命令的基本实现方法

再来模拟8节点的情况：

redis中scan命令的基本实现方法

看到这里是不是稍微明白了，上面那段代码就是在当前的有效位数（比如四节点则有效位数2）范围内，从左到右进一位。

假设在遍历了0，返回2之后，字典进行了扩容，则接下来应该访问 2 -> 6 -> 1 -> 5 -> 3 -> 7。

小灰：咦，那4不是遗漏了吗？

4已经在第一轮遍历0的时候，把扩容后的4的数据也访问了。

所以，假设扩容前有效位为m，因为redis的哈希表扩容每次都是当前节点满了（ use==size）的时候扩容为大于size的2^N，所以扩容后有效位则为m+1。

上面那段代码其实是保持低位的m位不变，高位一个为0一个为1。这样就保证了扩容后，跳过了的节点已经在之前被访问过，因为跳过的节点是被访问过的节点分出来的。

redis中scan命令的基本实现方法

缩容同理，可以自己推一下。

看到这里，是不是觉得redis的scan游标设计的很巧妙呢？

小灰：原来如此，看来我又可以去查数据了呢！

最后附上完整的rehash过程中scan的代码：

// 指向两个哈希表
t0 = &d->ht[0];
t1 = &d->ht[1];

/* Make sure t0 is the smaller and t1 is the bigger table */
// 确保 t0 比 t1 要小
if (t0->size > t1->size) {
 t0 = &d->ht[1];
 t1 = &d->ht[0];
}

// 记录掩码
m0 = t0->sizemask;
m1 = t1->sizemask;

/* Emit entries at cursor */
// 指向桶，并迭代桶中的所有节点
de = t0->table[v & m0];
while (de) {//迭代第一张小hash表
 next = de->next;
 fn(privdata, de);
 de = next;
}

/* Iterate over indices in larger table that are the expansion
 * of the index pointed to by the cursor in the smaller table */
do {//迭代第二张大hash表
 /* Emit entries at cursor */
 if (bucketfn) bucketfn(privdata, &t1->table[v & m1]);
 de = t1->table[v & m1];
 while (de) {
  next = de->next;
  fn(privdata, de);
  de = next;
 }

 //计算一个哈希表节点索引的方法 是 hash(key)&mask。哈希表容量为 8，则 mask 为 111，因此，节点的索引值就取决于哈希值的低 3 bit，
 // 设索引值是 abc。如果哈希表容量为 16，则 mask 为 1111，该节点的哈希值不变，而索引值是 ?abc，其中 ? 取 0 或 1 中的一个，
 // 也就是说，该节点在容量为 16 的哈希表中，索引要么是 0abc 要么是 1abc。以此类推，如果哈希表容量为32，
 // 则该节点的索引可能是 00abc，01abc，10abc 或者 11abc 中的一个。/* Increment the reverse cursor not covered by the smaller mask.*/
 v |= ~m1;//用于保留 v 的低 n 位数，其余位全置为 1
 //下面这一段，最终得到的新 v，就是向最高位加 1，且向低位方向进位
 v = rev(v);//将 v 的二进制位进行翻转，所以，v的低 n 位数成了高 n 位数，并且进行了翻转
 v++;
 v = rev(v);//再次二进制翻转

 /* Continue while bits covered by mask difference is non-zero */
} while (v & (m0 ^ m1));//终止条件是 v的高位区别位没有1了，其实就是说到头了。

总结

redis中scan命令的基本实现方法

相关推荐