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MYSQL INNODB中hash查找表的实现

发布时间：2020-08-11 09:25:42 作者：gaopengtttt
来源：ITPUB博客 阅读：228
原创有误请指出：

版本：5.7.14
源码位置为hash0hash.h hash0hash.cc
作为一种时间复杂度最优为O(1)的数据结构，但是最坏时间复杂对位O(n)的一种数据结构，但是在
良好的设计hash函数的情况下性能还是非常好的。关于hash表的图在最后给出。在innodb中各种数据
结构都使用hash表查找比如LOCK_T结构，还有我们特别熟悉的自适应hash索引等等，下面我们进行一些
探讨。
一、innodb hash函数
首先我们不得不研究一下innodb的hash函数,hash函数的设计至少有2个要求
1、计算简单，否则如果计算花费了太多时间你的hash查找表也是不成功的
2、计算能够尽可能的分散值
那么innodb是如何设计这个hash函数的呢？很简单如下：

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  1. ulint
  2. ut_hash_ulint(
  3. /*==========*/
  4. ulint    key,    /*!< in: value to be hashed */
  5. ulint    table_size)    /*!< in: hash table size */
  6. {
  7. ut_ad(table_size);
  8. key = key ^ UT_HASH_RANDOM_MASK2;
  9. return(key % table_size);
  10. }
上层调用为

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  1. ulint
  2. hash_calc_hash(
  3. /*===========*/
  4. ulint    fold,    /*!< in: folded value */
  5. hash_table_t*    table)    /*!< in: hash table */
  6. {
  7. ut_ad(table);
  8. ut_ad(table->magic_n == HASH_TABLE_MAGIC_N);
  9. return(ut_hash_ulint(fold, table->n_cells));
  10. }
可以看到这里实际上和你的键值和你hash的cells(桶数量)，我们看到这里做了一个异或操作然后和
cells(桶数量)进行取模操作，非常简单实用。
二、处理冲突
hash表避免不了冲突，而数据库中往往也利用这一点，将多个链表合并起来，innodb当然也就采用了
链表的方式来处理冲突。那么言外之意每一个数据结构中必须包含一个如普通链表中 data_struct* next
的指针，当然这里也可以用void*泛型指针，我们来看看lock_t结构体中：
hash_node_t hash; /*!< hash chain node for a record lock */
确实如此。这也是单项链表实现的基础。
三、HASH表头
一个hash表当然需要一个hash表头这个表头指向了具体的cell 数组(内存相似但在heap空间不再栈上)，
innodb中如下，我去掉了一些用处不大的：

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  1. struct hash_table_t {
  2. enum hash_table_sync_t    type;    /*<! type of hash_table. */
  3. ulint    n_cells;/* number of cells in the hash table */
  4. hash_cell_t*    array;    /*!< pointer to cell array */
  5. mem_heap_t*    heap;
  6. };
可以看到hash_cell_t* array;就是这样一个元素，他实际上就是hash_cell_t就是
一个元素void*。

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  1. typedef struct hash_cell_struct{
  2. void*    node;    /*!< hash chain node, NULL if none */
  3. } hash_cell_t;
那么通过这个元素他能够指向具体的hash表了。那么user_str(用户自己的结构体)->array->node就指向了一个
具体cell的地址了，后面的只是地址指针++就可以了。那么我们user_str也至少包含这样一个
hash_table_t*的指针来指向整个hash表，确实如此在innodb lock_sys_t中包含了
hash_table_t* rec_hash
那么我们可以lock_sys_t和lock_t为列子画一张展示图如下：
MYSQL INNODB中hash查找表的实现
四、hash表的建立
这里主要涉及到cell的计算，计算函数为ut_find_prime，这里不用太多解释

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  1. hash_create(
  2. /*========*/
  3. ulint    n)    /*!< in: number of array cells */
  4. {
  5. hash_cell_t*    array;
  6. ulint    prime;
  7. hash_table_t*    table;


  10. prime = ut_find_prime(n);//计算cell桶的数量


  13. table = static_cast<hash_table_t*>(mem_alloc(sizeof(hash_table_t)));//为hash表头分配内存


  16. array = static_cast<hash_cell_t*>(
  17. ut_malloc(sizeof(hash_cell_t) * prime));//为hash表分配内存


  20. /* The default type of hash_table is HASH_TABLE_SYNC_NONE i.e.:
  21. the caller is responsible for access control to the table. */
  22. table->type = HASH_TABLE_SYNC_NONE;
  23. table->array = array;//hash表头指向hash表
  24. table->n_cells = prime;//设置
  25. table->heap = NULL;
  26. ut_d(table->magic_n = HASH_TABLE_MAGIC_N);

  28. /* Initialize the cell array */
  29. hash_table_clear(table); //memset 0x00整个hash表

  31. return(table);
  32. }

注意：下面都是通过LOCK部分hash表的实现来注释的，其他其实也是一样的。
五、插入一个元素
这部分是通过宏定义来做的如下，我写了详细的解释

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  1. /*******************************************************************//**
  2. Inserts a struct to a hash table. */
  3. /*
  4. HASH_INSERT(lock_t, hash, lock_sys->rec_hash,lock_rec_fold(space, page_no), lock);


  7. TYPE=lock_t:代表数据类型
  8. NAME=hash:代表lock_t下面有一个hash元素指针，其实这个指针和我们平时用的链表的struct* NEXT没什么区别
  9.           唯一区别就是他是void*的
  10.           (hash_node_t    hash;
  11.           typedef void* hash_node_t;)
  12. TABLE=lock_sys->rec_hash:代表hash表的地址指针,输入参数
  13.        (hash_table_t*    rec_hash;)
  14. FOLD=lock_rec_fold(space, page_no):函数lock_rec_fold通过表空间和页号得到一个unsigned long数字
  15. DATA=lock:这实际上就是你的数据的指针，当然这里就是lock_t* 输入参数
  16. */


  19. #define HASH_INSERT(TYPE, NAME, TABLE, FOLD, DATA)\
  20. do {\
  21. hash_cell_t*    cell3333;\//实际上就是void*
  22. TYPE*    struct3333;\ //lock_t* struct3333;
  23. \
  24. HASH_ASSERT_OWN(TABLE, FOLD)\//断言不考虑
  25. \
  26. (DATA)->NAME = NULL;\//lock->hash = NULL;
  27. \
  28. cell3333 = hash_get_nth_cell(TABLE, hash_calc_hash(FOLD, TABLE));\
  29. \
  30. if (cell3333->node == NULL) {\ //如果为NULL没有元素挂载到这个cell下
  31. cell3333->node = DATA;\ //则我们挂载到这个cell下
  32. } else {\
  33. struct3333 = (TYPE*) cell3333->node;\ //否则说明有元素了取到这个元素的指针 lock_t* struct3333 = (lock_t*)cell3333->node;
  34. \
  35. while (struct3333->NAME != NULL) {\ //如果struct3333->hash 不等于NULL 说明他下面有元素了
  36. \
  37. struct3333 = (TYPE*) struct3333->NAME;\ //那么我们需要做的是指针像链表下一个元素移动
  38. }\
  39. \
  40. struct3333->NAME = DATA;\ //最后找到链表末尾 将数据节点挂载到下面 struct3333->hash = lock(lock是lock_t*)
  41. }\
  42. } while (0)
六、删除一个元素
这部分也是通过宏定义来做的如下，我写了详细的解释

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  1. /*******************************************************************//**
  2. Deletes a struct from a hash table. */
  3. /*
  4. 有了上面基础也就比较简单了，这里直接在代码进行注释
  5. HASH_DELETE(lock_t, hash, lock_sys->rec_hash,lock_rec_fold(space, page_no), in_lock);
  6. */
  7. #define HASH_DELETE(TYPE, NAME, TABLE, FOLD, DATA)\
  8. do {\
  9. hash_cell_t*    cell3333;\//实际上就是void*
  10. TYPE*    struct3333;\ //lock_t* struct3333;
  11. \
  12. HASH_ASSERT_OWN(TABLE, FOLD)\//断言不考虑
  13. \
  14. cell3333 = hash_get_nth_cell(TABLE, hash_calc_hash(FOLD, TABLE));\//通过函数hash_get_nth_cell计算这个值在哪个cell也就是hash 桶中
  15. \
  16. if (cell3333->node == DATA) {\ //地址比较，如果地址相同其地址必然相同
  17. HASH_ASSERT_VALID(DATA->NAME);\//断言不考虑
  18. cell3333->node = DATA->NAME;\//如果找到 将指针移动到下一个元素 言外之意这里去掉了一个内存单元就是找到的那个
  19. } else {\
  20. struct3333 = (TYPE*) cell3333->node;\ //链表循环找
  21. \
  22. while (struct3333->NAME != DATA) {\
  23. \
  24. struct3333 = (TYPE*) struct3333->NAME;\
  25. ut_a(struct3333);\
  26. }\
  27. \
  28. struct3333->NAME = DATA->NAME;\ //最终找到 就做 链表去掉这个内存元素动作
  29. }\
  30. //最终这里涉及到一个问题就是释放问题，但是注意虽然这个数据的指针在链表中去掉了，但是指针本身还在，可以拿到做free即可
  31. HASH_INVALIDATE(DATA, NAME);\ //debug版本使用不考虑
  32. } while (0)
七、其他
其他函数还包含：
HASH_SEARCH_ALL:宏实现在整个hash表中查找一个元素，相当于真个cell个链表查找
HASH_SEARCH:宏实现在有建值的情况下查找一个元素、言外之意cell(桶)确定了，相当于链表查找
hash_table_clear: 清空一个hash表
就不详细解释了，当然我只是对基本实现和常用的方法进行了描述，其他方面遇到再说吧。

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MYSQL INNODB中hash查找表的实现
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