chiark / gitweb /
hashmap: size hashmap bucket array dynamically
authorLennart Poettering <lennart@poettering.net>
Mon, 30 Sep 2013 22:13:18 +0000 (00:13 +0200)
committerLennart Poettering <lennart@poettering.net>
Mon, 30 Sep 2013 22:17:21 +0000 (00:17 +0200)
Instead of fixing the hashmap bucket array to 127 entries dynamically
size it, starting with a smaller one of 31. As soon as a fill level of
75% is reached, quadruple the size, and so on.

This should siginficantly optimize the lookup time in large tables
(from O(n) back to O(1)), and save memory on smaller tables (which most
are).

src/shared/hashmap.c
src/shared/hashmap.h
src/test/test-hashmap.c

index 4ea1a0f..6330792 100644 (file)
@@ -28,7 +28,7 @@
 #include "hashmap.h"
 #include "macro.h"
 
-#define NBUCKETS 127
+#define INITIAL_N_BUCKETS 31
 
 struct hashmap_entry {
         const void *key;
@@ -42,13 +42,13 @@ struct Hashmap {
         compare_func_t compare_func;
 
         struct hashmap_entry *iterate_list_head, *iterate_list_tail;
-        unsigned n_entries;
+
+        struct hashmap_entry ** buckets;
+        unsigned n_buckets, n_entries;
 
         bool from_pool;
 };
 
-#define BY_HASH(h) ((struct hashmap_entry**) ((uint8_t*) (h) + ALIGN(sizeof(Hashmap))))
-
 struct pool {
         struct pool *next;
         unsigned n_tiles;
@@ -64,6 +64,11 @@ static void *first_entry_tile = NULL;
 static void* allocate_tile(struct pool **first_pool, void **first_tile, size_t tile_size) {
         unsigned i;
 
+        /* When a tile is released we add it to the list and simply
+         * place the next pointer at its offset 0. */
+
+        assert(tile_size >= sizeof(void*));
+
         if (*first_tile) {
                 void *r;
 
@@ -173,7 +178,7 @@ Hashmap *hashmap_new(hash_func_t hash_func, compare_func_t compare_func) {
 
         b = is_main_thread();
 
-        size = ALIGN(sizeof(Hashmap)) + NBUCKETS * sizeof(struct hashmap_entry*);
+        size = ALIGN(sizeof(Hashmap)) + INITIAL_N_BUCKETS * sizeof(struct hashmap_entry*);
 
         if (b) {
                 h = allocate_tile(&first_hashmap_pool, &first_hashmap_tile, size);
@@ -191,23 +196,30 @@ Hashmap *hashmap_new(hash_func_t hash_func, compare_func_t compare_func) {
         h->hash_func = hash_func ? hash_func : trivial_hash_func;
         h->compare_func = compare_func ? compare_func : trivial_compare_func;
 
+        h->n_buckets = INITIAL_N_BUCKETS;
         h->n_entries = 0;
         h->iterate_list_head = h->iterate_list_tail = NULL;
 
+        h->buckets = (struct hashmap_entry**) ((uint8_t*) h + ALIGN(sizeof(Hashmap)));
+
         h->from_pool = b;
 
         return h;
 }
 
 int hashmap_ensure_allocated(Hashmap **h, hash_func_t hash_func, compare_func_t compare_func) {
+        Hashmap *q;
+
         assert(h);
 
         if (*h)
                 return 0;
 
-        if (!(*h = hashmap_new(hash_func, compare_func)))
+        q = hashmap_new(hash_func, compare_func);
+        if (!q)
                 return -ENOMEM;
 
+        *h = q;
         return 0;
 }
 
@@ -216,11 +228,11 @@ static void link_entry(Hashmap *h, struct hashmap_entry *e, unsigned hash) {
         assert(e);
 
         /* Insert into hash table */
-        e->bucket_next = BY_HASH(h)[hash];
+        e->bucket_next = h->buckets[hash];
         e->bucket_previous = NULL;
-        if (BY_HASH(h)[hash])
-                BY_HASH(h)[hash]->bucket_previous = e;
-        BY_HASH(h)[hash] = e;
+        if (h->buckets[hash])
+                h->buckets[hash]->bucket_previous = e;
+        h->buckets[hash] = e;
 
         /* Insert into iteration list */
         e->iterate_previous = h->iterate_list_tail;
@@ -260,7 +272,7 @@ static void unlink_entry(Hashmap *h, struct hashmap_entry *e, unsigned hash) {
         if (e->bucket_previous)
                 e->bucket_previous->bucket_next = e->bucket_next;
         else
-                BY_HASH(h)[hash] = e->bucket_next;
+                h->buckets[hash] = e->bucket_next;
 
         assert(h->n_entries >= 1);
         h->n_entries--;
@@ -272,7 +284,7 @@ static void remove_entry(Hashmap *h, struct hashmap_entry *e) {
         assert(h);
         assert(e);
 
-        hash = h->hash_func(e->key) % NBUCKETS;
+        hash = h->hash_func(e->key) % h->n_buckets;
 
         unlink_entry(h, e, hash);
 
@@ -291,6 +303,9 @@ void hashmap_free(Hashmap*h) {
 
         hashmap_clear(h);
 
+        if (h->buckets != (struct hashmap_entry**) ((uint8_t*) h + ALIGN(sizeof(Hashmap))))
+                free(h->buckets);
+
         if (h->from_pool)
                 deallocate_tile(&first_hashmap_tile, h);
         else
@@ -357,22 +372,72 @@ void hashmap_clear_free_free(Hashmap *h) {
 static struct hashmap_entry *hash_scan(Hashmap *h, unsigned hash, const void *key) {
         struct hashmap_entry *e;
         assert(h);
-        assert(hash < NBUCKETS);
+        assert(hash < h->n_buckets);
 
-        for (e = BY_HASH(h)[hash]; e; e = e->bucket_next)
+        for (e = h->buckets[hash]; e; e = e->bucket_next)
                 if (h->compare_func(e->key, key) == 0)
                         return e;
 
         return NULL;
 }
 
+static bool resize_buckets(Hashmap *h) {
+        unsigned m;
+        struct hashmap_entry **n, *i;
+
+        assert(h);
+
+        if (_likely_(h->n_entries*4 < h->n_buckets*3))
+                return false;
+
+        /* Increase by four */
+        m = (h->n_entries+1)*4-1;
+
+        /* If we hit OOM we simply risk packed hashmaps... */
+        n = new0(struct hashmap_entry*, m);
+        if (!n)
+                return false;
+
+        for (i = h->iterate_list_head; i; i = i->iterate_next) {
+                unsigned hash, x;
+
+                hash = h->hash_func(i->key);
+
+                /* First, drop from old bucket table */
+                if (i->bucket_next)
+                        i->bucket_next->bucket_previous = i->bucket_previous;
+
+                if (i->bucket_previous)
+                        i->bucket_previous->bucket_next = i->bucket_next;
+                else
+                        h->buckets[hash % h->n_buckets] = i->bucket_next;
+
+                /* Then, add to new backet table */
+                x = hash % m;
+
+                i->bucket_next = n[x];
+                i->bucket_previous = NULL;
+                if (n[x])
+                        n[x]->bucket_previous = i;
+                n[x] = i;
+        }
+
+        if (h->buckets != (struct hashmap_entry**) ((uint8_t*) h + ALIGN(sizeof(Hashmap))))
+                free(h->buckets);
+
+        h->buckets = n;
+        h->n_buckets = m;
+
+        return true;
+}
+
 int hashmap_put(Hashmap *h, const void *key, void *value) {
         struct hashmap_entry *e;
         unsigned hash;
 
         assert(h);
 
-        hash = h->hash_func(key) % NBUCKETS;
+        hash = h->hash_func(key) % h->n_buckets;
         e = hash_scan(h, hash, key);
         if (e) {
                 if (e->value == value)
@@ -380,6 +445,9 @@ int hashmap_put(Hashmap *h, const void *key, void *value) {
                 return -EEXIST;
         }
 
+        if (resize_buckets(h))
+                hash = h->hash_func(key) % h->n_buckets;
+
         if (h->from_pool)
                 e = allocate_tile(&first_entry_pool, &first_entry_tile, sizeof(struct hashmap_entry));
         else
@@ -402,7 +470,7 @@ int hashmap_replace(Hashmap *h, const void *key, void *value) {
 
         assert(h);
 
-        hash = h->hash_func(key) % NBUCKETS;
+        hash = h->hash_func(key) % h->n_buckets;
         e = hash_scan(h, hash, key);
         if (e) {
                 e->key = key;
@@ -419,7 +487,7 @@ int hashmap_update(Hashmap *h, const void *key, void *value) {
 
         assert(h);
 
-        hash = h->hash_func(key) % NBUCKETS;
+        hash = h->hash_func(key) % h->n_buckets;
         e = hash_scan(h, hash, key);
         if (!e)
                 return -ENOENT;
@@ -435,7 +503,7 @@ void* hashmap_get(Hashmap *h, const void *key) {
         if (!h)
                 return NULL;
 
-        hash = h->hash_func(key) % NBUCKETS;
+        hash = h->hash_func(key) % h->n_buckets;
         e = hash_scan(h, hash, key);
         if (!e)
                 return NULL;
@@ -450,7 +518,7 @@ void* hashmap_get2(Hashmap *h, const void *key, void **key2) {
         if (!h)
                 return NULL;
 
-        hash = h->hash_func(key) % NBUCKETS;
+        hash = h->hash_func(key) % h->n_buckets;
         e = hash_scan(h, hash, key);
         if (!e)
                 return NULL;
@@ -467,7 +535,7 @@ bool hashmap_contains(Hashmap *h, const void *key) {
         if (!h)
                 return false;
 
-        hash = h->hash_func(key) % NBUCKETS;
+        hash = h->hash_func(key) % h->n_buckets;
 
         if (!hash_scan(h, hash, key))
                 return false;
@@ -483,7 +551,7 @@ void* hashmap_remove(Hashmap *h, const void *key) {
         if (!h)
                 return NULL;
 
-        hash = h->hash_func(key) % NBUCKETS;
+        hash = h->hash_func(key) % h->n_buckets;
 
         if (!(e = hash_scan(h, hash, key)))
                 return NULL;
@@ -501,11 +569,11 @@ int hashmap_remove_and_put(Hashmap *h, const void *old_key, const void *new_key,
         if (!h)
                 return -ENOENT;
 
-        old_hash = h->hash_func(old_key) % NBUCKETS;
+        old_hash = h->hash_func(old_key) % h->n_buckets;
         if (!(e = hash_scan(h, old_hash, old_key)))
                 return -ENOENT;
 
-        new_hash = h->hash_func(new_key) % NBUCKETS;
+        new_hash = h->hash_func(new_key) % h->n_buckets;
         if (hash_scan(h, new_hash, new_key))
                 return -EEXIST;
 
@@ -526,11 +594,11 @@ int hashmap_remove_and_replace(Hashmap *h, const void *old_key, const void *new_
         if (!h)
                 return -ENOENT;
 
-        old_hash = h->hash_func(old_key) % NBUCKETS;
+        old_hash = h->hash_func(old_key) % h->n_buckets;
         if (!(e = hash_scan(h, old_hash, old_key)))
                 return -ENOENT;
 
-        new_hash = h->hash_func(new_key) % NBUCKETS;
+        new_hash = h->hash_func(new_key) % h->n_buckets;
         if ((k = hash_scan(h, new_hash, new_key)))
                 if (e != k)
                         remove_entry(h, k);
@@ -552,9 +620,10 @@ void* hashmap_remove_value(Hashmap *h, const void *key, void *value) {
         if (!h)
                 return NULL;
 
-        hash = h->hash_func(key) % NBUCKETS;
+        hash = h->hash_func(key) % h->n_buckets;
 
-        if (!(e = hash_scan(h, hash, key)))
+        e = hash_scan(h, hash, key);
+        if (!e)
                 return NULL;
 
         if (e->value != value)
@@ -642,9 +711,10 @@ void *hashmap_iterate_skip(Hashmap *h, const void *key, Iterator *i) {
         if (!h)
                 return NULL;
 
-        hash = h->hash_func(key) % NBUCKETS;
+        hash = h->hash_func(key) % h->n_buckets;
 
-        if (!(e = hash_scan(h, hash, key)))
+        e = hash_scan(h, hash, key);
+        if (!e)
                 return NULL;
 
         *i = (Iterator) e;
@@ -723,6 +793,14 @@ unsigned hashmap_size(Hashmap *h) {
         return h->n_entries;
 }
 
+unsigned hashmap_buckets(Hashmap *h) {
+
+        if (!h)
+                return 0;
+
+        return h->n_buckets;
+}
+
 bool hashmap_isempty(Hashmap *h) {
 
         if (!h)
@@ -766,12 +844,12 @@ void hashmap_move(Hashmap *h, Hashmap *other) {
 
                 n = e->iterate_next;
 
-                h_hash = h->hash_func(e->key) % NBUCKETS;
+                h_hash = h->hash_func(e->key) % h->n_buckets;
 
                 if (hash_scan(h, h_hash, e->key))
                         continue;
 
-                other_hash = other->hash_func(e->key) % NBUCKETS;
+                other_hash = other->hash_func(e->key) % other->n_buckets;
 
                 unlink_entry(other, e, other_hash);
                 link_entry(h, e, h_hash);
@@ -787,12 +865,13 @@ int hashmap_move_one(Hashmap *h, Hashmap *other, const void *key) {
 
         assert(h);
 
-        h_hash = h->hash_func(key) % NBUCKETS;
+        h_hash = h->hash_func(key) % h->n_buckets;
         if (hash_scan(h, h_hash, key))
                 return -EEXIST;
 
-        other_hash = other->hash_func(key) % NBUCKETS;
-        if (!(e = hash_scan(other, other_hash, key)))
+        other_hash = other->hash_func(key) % other->n_buckets;
+        e = hash_scan(other, other_hash, key);
+        if (!e)
                 return -ENOENT;
 
         unlink_entry(other, e, other_hash);
@@ -806,7 +885,8 @@ Hashmap *hashmap_copy(Hashmap *h) {
 
         assert(h);
 
-        if (!(copy = hashmap_new(h->hash_func, h->compare_func)))
+        copy = hashmap_new(h->hash_func, h->compare_func);
+        if (!copy)
                 return NULL;
 
         if (hashmap_merge(copy, h) < 0) {
@@ -845,7 +925,7 @@ void *hashmap_next(Hashmap *h, const void *key) {
         if (!h)
                 return NULL;
 
-        hash = h->hash_func(key) % NBUCKETS;
+        hash = h->hash_func(key) % h->n_buckets;
         e = hash_scan(h, hash, key);
         if (!e)
                 return NULL;
index 15b7e27..3d4f672 100644 (file)
@@ -76,6 +76,7 @@ int hashmap_move_one(Hashmap *h, Hashmap *other, const void *key);
 
 unsigned hashmap_size(Hashmap *h) _pure_;
 bool hashmap_isempty(Hashmap *h) _pure_;
+unsigned hashmap_buckets(Hashmap *h) _pure_;
 
 void *hashmap_iterate(Hashmap *h, Iterator *i, const void **key);
 void *hashmap_iterate_backwards(Hashmap *h, Iterator *i, const void **key);
index 2c27d08..56a9b58 100644 (file)
@@ -467,6 +467,30 @@ static void test_hashmap_get(void) {
         hashmap_free_free(m);
 }
 
+static void test_hashmap_many(void) {
+        Hashmap *h;
+        unsigned i;
+
+#define N_ENTRIES 100000
+
+        assert_se(h = hashmap_new(NULL, NULL));
+
+        for (i = 1; i < N_ENTRIES*3; i+=3) {
+                assert_se(hashmap_put(h, UINT_TO_PTR(i), UINT_TO_PTR(i)) >= 0);
+                assert_se(PTR_TO_UINT(hashmap_get(h, UINT_TO_PTR(i))) == i);
+        }
+
+        for (i = 1; i < N_ENTRIES*3; i++)
+                assert_se(hashmap_contains(h, UINT_TO_PTR(i)) == (i % 3 == 1));
+
+        log_info("%u <= %u * 0.75 = %g", hashmap_size(h), hashmap_buckets(h), hashmap_buckets(h) * 0.75);
+
+        assert_se(hashmap_size(h) <= hashmap_buckets(h) * 0.75);
+        assert_se(hashmap_size(h) == N_ENTRIES);
+
+        hashmap_free(h);
+}
+
 static void test_uint64_compare_func(void) {
         const uint64_t a = 0x100, b = 0x101;
 
@@ -486,8 +510,7 @@ static void test_string_compare_func(void) {
         assert_se(string_compare_func("fred", "fred") == 0);
 }
 
-int main(int argc, const char *argv[])
-{
+int main(int argc, const char *argv[]) {
         test_hashmap_copy();
         test_hashmap_get_strv();
         test_hashmap_move_one();
@@ -504,6 +527,7 @@ int main(int argc, const char *argv[])
         test_hashmap_isempty();
         test_hashmap_get();
         test_hashmap_size();
+        test_hashmap_many();
         test_uint64_compare_func();
         test_trivial_compare_func();
         test_string_compare_func();