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思考mysql内核之初级系列7---innodb的hash表实现

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在上一篇里面，bingxi和alex谈到了文件系统管理，在结构体里面出现了两个常用的结构：hash_table_t、UT_LIST_NODE_T。这两个结构比较常用，在本篇里面，bingxi和alex聊了下关于hash_table_t的内容。

对应的文件为：

D:\mysql-5.1.7-beta\storage\innobase\ha\hash0hash.c

D:\mysql-5.1.7-beta\storage\innobase\include\hash0hash.h

1)常用结构体

Bingxi：“alex，我们今天聊下hash表，所谓hash表，常用的就是通过key，然后取模然后丢到相应的bucket里面。假设bucket的数量是13个，key值对应的bucket就是key%13，相同bucket值的放在一个链表里面。这里需要注意一点的是，1和27具有相同的bucket值，会放在同一个bucket里面，因此查找的时候，首先找到对应的桶(bucket)，然后对该桶的链表进行遍历，每个成员里面记录了原始的key，1对应的结构里面有一个字段表示1，27对应的一个结构里面有一个字段表示27，这样就能找到对应的成员。

”

alex：“嗯，是的，bingxi。我们来看下hash表结构。同样地，我们将结构定义的其他元素先忽略，直接看其中的主要成员。如果需要了解其它的成员，则推荐设置debug断点进行调试。

以下是代码片段：
/* The hash table structure */
struct hash_table_struct {
       ……
       ulint        n_cells;      //hash表的成员数量，也可以称为bucket的数量
       hash_cell_t*    array;     //指向桶的数组
       ……
};

结构中，就是成员的数量，以及一个数组。因为使用hash表的结构是多种多样的，比如前几篇文章中提到过的buf_pool_t、fil_system_t。这两者都使用到了hash，并且成员结构不一样。对于每个桶对应的指针类型是不确定，因此bucket中记录的指针是void*类型的。

以下是代码片段：
struct hash_cell_struct{
void* node; /* hash chain node, NULL if none */
};

”

Bingxi：“alex，是这样的，这里带来两个问题：1、hash表的n_cells是个素数用于做模操作，在创建的时候提供一个准确的素数是有难度的，2、对应整型的key可以通过key%n_cells的方法来获得对应的桶，那么对于字符串型的如何处理？

”

Alex：“嗯，好吧。在说这两个问题之前，我们先看下hash表的创建过程。我们在函数fil_system_create如下面所示的行中设置一个断点。

以下是代码片段：
system->spaces = hash_create(hash_size); //在此行设置断开
system->name_hash = hash_create(hash_size);

然后启动mysql，执行到该断点处我们可以发现对应的hash_size为50。F11进入该函数体，看看具体是怎么执行的。

以下是代码片段：
/*****************************************************************
Creates a hash table with >= n array cells. The actual number of cells is
chosen to be a prime number slightly bigger than n. */
hash_table_t*
hash_create(
/*========*/
                     /* out, own: created table */
       ulint n)    /* in: number of array cells */
{
       hash_cell_t*    array;
       ulint        prime;
       hash_table_t*  table;
       ulint        i;
       hash_cell_t*    cell;

       //在该例中，我们根据输入值50(n的取值)，得到一个素数151
       prime = ut_find_prime(n);

       table = mem_alloc(sizeof(hash_table_t));

  //sizeof(hash_cell_t)的值为4
  //生成一个有151(prime)个桶的数组
       array = ut_malloc(sizeof(hash_cell_t) * prime);

       //初始化结构成员
       table->adaptive = FALSE;
       table->array = array;
       table->n_cells = prime;
       table->n_mutexes = 0;
       table->mutexes = NULL;
       table->heaps = NULL;
       table->heap = NULL;
       table->magic_n = HASH_TABLE_MAGIC_N;

       /* Initialize the cell array */

   //取得每一个bucket成员，将对应的node指针初始化为NULL
       for (i = 0; i < prime; i++) {

    //hash_get_nth_cell(table, i)的作用是取得第i个成员，即table->array + i
              cell = hash_get_nth_cell(table, i);
              cell->node = NULL;
       }

       return(table);
}

执行完成之后，我们生成了system->spaces的hash表，该hash表以space id作为key，接着我们又创建了system->name_hash的hash表，这个根据space name进行hash。我们看下space name对应的hash表创建后的情形，见图1。

从中我们可以看出问题1是已经解决掉了的，根据输入值产生一个素数，另外对于space name这样的字符串型，也是可以的，我们看下面的两个函数调用，调用函数ut_fold_string(name)生成了对应的整型key，插入的时候如此，查找、删除的时候也是如此。

以下是代码片段：
HASH_SEARCH(name_hash, system->name_hash, ut_fold_string(name), space,
                            0 == strcmp(name, space->name));
HASH_INSERT(fil_space_t, name_hash, system->name_hash,
                                   ut_fold_string(name), space);
HASH_DELETE(fil_space_t, name_hash, system->name_hash,
                               ut_fold_string(space->name), space);

”

2）常用的函数

Bingxi：“我们继续往下看，怎么进行hash的操作，我们先看hash表的插入操作。继续以space为例，在函数fil_space_create中创建了space结构，然后根据space id、space name插入相应的hash表。

以下是代码片段：
/***********************************************************************
Creates a space memory object and puts it to the tablespace memory cache. If
there is an error, prints an error message to the .err log. */
ibool
fil_space_create(
/*=============*/
                            /* out: TRUE if success */
       const char*     name,      /* in: space name */
       ulint        id,   /* in: space id */
       ulint        purpose)/* in: FIL_TABLESPACE, or FIL_LOG if log */
{
……
       //创建space结构，并初始化成员值
       space = mem_alloc(sizeof(fil_space_t));

       space->name = mem_strdup(name);
       space->id = id;
……

       //将新创建的space结构，根据space id插入system->spaces哈希表。
       HASH_INSERT(fil_space_t, hash, system->spaces, id, space);

  //将新创建的space结构，根据space name插入system->name_hash哈希表
       HASH_INSERT(fil_space_t, name_hash, system->name_hash,
                                          ut_fold_string(name), space);

……
       return(TRUE);
}

插入操作调用的是HASH_INSERT宏，我们来看下插入space name哈希表操作的参数值。

以下是代码片段：
//函数调用
HASH_INSERT(fil_space_t, name_hash, system->name_hash,
ut_fold_string(name), space);
//宏定义
#define HASH_INSERT(TYPE, NAME, TABLE, FOLD, DATA)

TYPE：表示插入hash表的结构类型，本例中的类型为fil_space_t

NAME：表示的是拥有同一个bucket值的成员，通过结构体中的该字段来指向拥有同bucket值的下一个成员，这里可以这么认为，space->name_hash用于指向同bucket的下一个成员。

TABLE：需要插入的hash表，这里我们可以看到，我们插入的hash表是system->name_hash

FOLD：也就是我们所说的key，通过ut_fold_string(name)函数将name转为key，本例子中name=’.\ibdata1’

DATA：插入的结构体

如果查对应的bucket中没有其他的同bucket值成员，插入后的情形是什么样的，假设对应的bucket为1（而实际上该例对应的bucket为51，为了绘图的方便，假设为1）。见图2。

从图2中，我们可以看出如下的步骤：

以下是代码片段：
//步骤1，将插入成员的name_hash设置为NULL，也就是说，如果同bucket链表上有多个成员，也是插入到末尾
//(DATA)->NAME = NULL;
Space-> name_hash=NULL

//步骤2：找出所在bucket
//cell3333 = hash_get_nth_cell(TABLE, hash_calc_hash(FOLD, TABLE));
hash_cell_t* cell3333;
int i= hash_calc_hash(ut_fold_string(name), system->name_hash))
cell3333 = hash_get_nth_cell(system->name_hash,i);

//步骤3：如果该bucket上没有其他的成员则将该成员插入
if (cell3333->node == NULL) {
cell3333->node = space;
}

”

Alex：“是这样的，假设我们继续插入一个space，该space对应的bucket值也为1。那么执行到上面的步骤3不符合条件的时候，需要执行步骤4

以下是代码片段：
//步骤4：如果有其它成员，则将新结点插入到末尾
struct3333 = cell3333->node;
//取得链表上最后一个结点
while (struct3333->name_hash != NULL) {
struct3333 = struct3333->name_hash; //取得下一个结点
}
//将新结点插入到最后一个结点之后
struct3333->name_hash = space;

假设name为’.\itest’，对应的情形见图3.

完整的代码如下：

以下是代码片段：
/***********************************************************************
Inserts a struct to a hash table. */

#define HASH_INSERT(TYPE, NAME, TABLE, FOLD, DATA)\
do {\
       hash_cell_t*    cell3333;\
       TYPE*           struct3333;\
\
       HASH_ASSERT_OWNED(TABLE, FOLD)\  //这个是个断言，不考虑
\
       (DATA)->NAME = NULL;\   //将新结点的指向的下一个结点设置为NULL
\   //找到对应的bucket
       cell3333 = hash_get_nth_cell(TABLE, hash_calc_hash(FOLD, TABLE));\
\   //如果bucket成员为空，则直接插入，否则插入到最后一个结点之后
       if (cell3333->node == NULL) {\
              cell3333->node = DATA;\
       } else {\
              struct3333 = cell3333->node;\
\
              while (struct3333->NAME != NULL) {\
\
                     struct3333 = struct3333->NAME;\
              }\
\
              struct3333->NAME = DATA;\
       }\
} while (0)

”

Alex：“嗯，是这样的。我们再看看查找吧。假设这里需要查找的是.\itest对应的space结构。

以下是代码片段：
Creates a space memory object and puts it to the tablespace memory cache. If
there is an error, prints an error message to the .err log. */
ibool
fil_space_create(
/*=============*/
                            /* out: TRUE if success */
       const char*     name,      /* in: space name */
       ulint        id,   /* in: space id */
       ulint        purpose)/* in: FIL_TABLESPACE, or FIL_LOG if log */
{
……
  //查看指定name的space是否存在，假设这里的name为.\itest
       HASH_SEARCH(name_hash, system->name_hash, ut_fold_string(name), space,
                                   0 == strcmp(name, space->name));
……
       return(TRUE);
}

同样地，HASH_SEARCH也是宏定义，我们用相应的c伪码来查看。从中我们可以看出首先找到对应的bucket，如果没有成员，则查找的space为空

以下是代码片段：
my_key=ut_fold_string(’.\itest’);
void hash_search(name_hash,system->name_hash,my_key,space,0 == strcmp(name, space->name))
{
       HASH_ASSERT_OWNED(system->name_hash, my_key);  //可以忽略

       //取得fold对应的对应的key数据桶值
       //取得对应的桶
       bucket_id=hash_calc_hash(my_key, system->name_hash)

       //取得第一个元素
       space = HASH_GET_FIRST(system->name_hash, bucket_id);

       while(space != NULL)
       {
              //因为不同的值，可能属于同一个桶，因此需要判断名称是不是相等
              //比如图3中的第一个成员的space->name=’.\ibdata1’，不相等
              //获取下一个成员之后，再判断该条件，就相等了
              if(0 == strcmp(’.\itest’, space->name)) //注意，第一个参数name是前面传递过来的
              ｛
                break; //表示已经找到了对应的元素
              ｝
              else
              ｛
                     //取得链表中的第一个元素
                     //space = HASH_GET_NEXT(name_hash, space);
                     space=space->name_hash;

               ｝

       }

       //如果该桶没有元素或者没有匹配的成员，则space为NULL
}

查看HASH_SEARCH的定义，我们可以更容易的理解。

以下是代码片段：
/************************************************************************
Looks for a struct in a hash table. */
#define HASH_SEARCH(NAME, TABLE, FOLD, DATA, TEST)\
{\
\
       HASH_ASSERT_OWNED(TABLE, FOLD)\
\   //找到对应bucket的第一个成员
       (DATA) = HASH_GET_FIRST(TABLE, hash_calc_hash(FOLD, TABLE));\
\
       while ((DATA) != NULL) {\
              if (TEST) {\   //要符合TEST条件
                     break;\
              } else {\
                     (DATA) = HASH_GET_NEXT(NAME, DATA);\
              }\
       }\
}

”

Bingxi：“嗯，除了HASH_INSERT、HASH_SEARCH，还有其它的宏定义：HASH_DELETE、HASH_DELETE_AND_COMPACT 、HASH_GET_FIRST、HASH_GET_NEXT。这几个功能的实现也建议看下。这里面就不说这个了。”

Alex：“ok，今天就说到这吧。”

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作者：yzyangwanfu 来源：杨万富的专栏
标签： hash innodb mysql内核
发布时间：2010-07-25 20:19:35

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