Redis底层解析整数集合

Posted 2022-08-16 小生凡一

整数集合

整数集合（inset）是集合键的底层实现之一，当一个集合只包含整数值元素，并且这个集合的元素数量不多，redis就会使用集合作为集合键的底层实现。

1. 实现

整数集合是Redis用于保存整数值的集合抽象数据类型，它可以保存类型为 int16_t 、int32_t、int64_t 的整数值，并且保证集合中不会出现整数集合。

每个intset.h/intset 结构表示一个整体集合

typedef struct intset
	// 编码方式
	uint32_t encoding; // 编码方式
	uint32_t length; // 集合包含的元素数量
	int8_t contents[]; // 保存元素的数组
intset;

contents 数组是整数集合的底层实现：整数集合的每个元素都是 contents 数组的一个数组项(item)，各个项目在数组中按值得大小从小到大有序地排列，并且数组中不包含任何重复项。

length 属性记录了整数集合包含地元素数量，也即是 contents 数组地长度。

虽然 intset 结构将 contents 属性声明 int8_t 类型的数组，但实际上 contents 数组并不保存任何 int8_t 类型的值，contents 数组的真正类型的整数值(最小值 -32768，最大值 32767)
encoding 属性的值为INTSET_ENC_INT16 ，表示整数集合的底层实现为 int16_t 类型的数组，而集合保存的都是 int16_t 类型的数组。

contents 数组按从小到大的顺序保存着集合中的五个元素

因为每个集合元素都是int16_t类型的整数值，所以contents数组大小等于 sizeof(int16_t)*5 = 16*5=80 位

2. 升级

2.1 定义

每当我们要将一个新元素添加到整数集合里面，并且新元素的类型比整数集合现有所有元素的类型都要长时，整数集合需要先进行升级(upgrade)，然后才能将新元素添加到整数集合里面。

升级整数集合并添加新元素共分为三步进行：

• 根据新元素的类型，扩展整数集合底层数组的空间大小，并为新元素分配空间。
• 将底层数组现有的所有元素都转换成与新元素相同的类型，并将类型转换后的元素放置到正确的位置上，而且放置元素的过程中，需要继续维持底层数组的有序性不变。
• 将新元素添加到底层数组里面。

2.2 例子

现在有以下的一个整数列表

如果我们需要加上的新元素是 int32_t 的 100，整数集合需要分配四个元素的空间，因为每个int32_t需要占用32位空间，所以在空间重分配之后，底层数组的大小将是32*4=128 。

虽然程序对底层数组进行了空间重分配，但是数组中原有的三个元素 1，2，3 还是 int16_t 类型，这些元素还保留在数组的前48位里面，所以程序接下来要做的就是将这三个元素转换成 int32_t ，并将转换的元素放在正确的位置上。并且还需要维护底层数组的有序性质不变。

• 对空间重分配之后的数组

• 首先元素3 在 1，2，3，100 四个元素中排名第三，所以他将被移动到contents数组的索引2位置上。也就是数组的64位至95位的空间内。

以此类推

• 元素2 在 1，2，3，100 四个元素中排名第二，所以他将被移动到contents数组的索引1 位置上。也就是数组的32位至63位的空间内。
  

以此类推最终变成了以下的形式

并且长度也+1了
最终如下图所示

当然整数集合是不支持降级的，一旦升级就无法降级了