面试题：Redis字典的渐进式rehash对内存管理有何影响

Question

说明Redis字典渐进式rehash的过程，以及这个过程对内存管理产生的具体影响，包括但不限于内存的使用效率、峰值内存等方面。

Answer 1

Redis字典渐进式rehash过程

1. 触发条件：当Redis字典的负载因子（load factor）过高（通常负载因子达到1，且字典中元素数量大于dict_force_resize_ratio设定的值，默认为512）或者负载因子过低（小于0.1）时，会触发字典的扩展或收缩操作，进而开始渐进式rehash。
2. 初始化：Redis会分配一个新的哈希表（更大或更小，取决于扩展还是收缩），然后将字典中的rehashidx字段设置为0，表示rehash开始，并且指向旧哈希表的第一个索引位置。
3. 渐进式迁移：在每次执行字典的插入、删除、查找或者更新操作时，除了执行原本的操作外，Redis会额外将旧哈希表中rehashidx指向的位置上的所有键值对迁移到新哈希表中，并将rehashidx加1。这样每次操作都会迁移一小部分数据，而不是一次性迁移所有数据。
4. 完成迁移：当旧哈希表中的所有键值对都被迁移到新哈希表中后，rehashidx的值会被设置为 -1，表示rehash过程结束，同时旧哈希表会被释放，新哈希表开始正式使用。

对内存管理的具体影响

1. 内存使用效率
   • 优点：渐进式rehash避免了一次性rehash带来的大量数据迁移开销，不会在短时间内占用过多的额外内存进行数据迁移。每次操作只迁移少量数据，使得系统在rehash过程中仍然能够保持相对较好的性能，对内存使用效率影响较小。
   • 缺点：在rehash过程中，新旧两个哈希表会同时存在，会占用额外的内存空间，直到rehash完成旧表被释放。这在一定程度上降低了内存的使用效率。
2. 峰值内存
   • 增加峰值内存：由于渐进式rehash过程中存在新旧两个哈希表同时占用内存的阶段，所以在这个阶段内存使用会达到峰值，峰值内存大小为新旧两个哈希表所占用内存之和。相比一次性rehash（只有在迁移瞬间存在峰值，迁移完成后立即释放旧表内存），渐进式rehash的峰值内存持续时间更长。但由于每次迁移数据量小，系统整体性能波动小，不会因一次性大量内存分配和数据迁移导致系统卡顿等问题。
   • 内存规划：开发人员在进行系统内存规划时，需要考虑到渐进式rehash过程中峰值内存增加的情况，合理配置系统内存，避免因内存不足导致系统故障。