死磕 Redis----- Redis 数据结构： intset

Posted 2022-12-09 chenssy

原文：https://www.cmsblogs.com/category/1391389927996002304 『chenssy』

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intset 是 Redis 实现 Set 的底层实现之一，当集合元素不大于设定值并且元素都是整数时，就会用 intset 作为 Set 的底层数据结构。

它有如下几个特点：

• 元素类型只能为数字
• 元素有三种类型：int16_t、int32_t、int64_t
• 元素有序且不可重复
• 和 SDS 一样，intset 也是内存连续的，就像数组一样

下面是数据结构的定义：

typedef struct intset 
    // 编码类型 int16_t、int32_t、int64_t
    uint32_t encoding; 
    
    // 长度 最大长度:2^32
    uint32_t length;
    
    // 数组，元素
    int8_t contents[];
 intset;

• encoding：为 intset 的编码方式，一共有三种类型，分别对应不同的范围：

编码方式	范围
int16_t	-32768~32767
int32_t	-2147483648~2147483647
int64_t	-2^63 ~ 2^63-1

intset的编码由最大的那个数决定，如果有一个数是 int64_t，那么整个 intset 的编码都是 int64_t。在向 intset 中添加元素时，会存在一个元素升级的过程。

• length：intset 中整数的个数。
• contents[]：整数数组。intset 中的每个元素都是 contents 数组的一个数组项，各个项在数据中都是按照值从小到大有序的排列且不存在重复项。虽然 contents[] 声明为 int8_t，但 contents 数组并不保存任何 int8_t 类型的值，contents 数组真正的类型由 encoding 决定。

intset 内存是连续的，所有数据的增删改查操作都是在内存地址偏移的基础上进行的，并且整数的保存也是有序的，下图是一个包含有 5 个元素的 intset：

每当我们要将一个新元素添加到 intset 里面时，如果新元素的类型比集合里面所有元素的类型都要长时，那么 intset 需要新进行升级，然后才能将新元素添加到 intset 中。例如有一个 intset 里面的元素都是 int16_t 类型，这时新添加一个元素的类型为 int32_t，那么这个时候需要先将 intset 里面所有的元素全部升级为 int32_t 然后再添加元素。

升级 intset 并添加新元素共分为三个步骤进行：

1. 根据新元素的类型，扩展 intset 底层数组的空间大小，并为新元素分配空间
2. 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在正确的位上，而且在放置元素的过程中，需要继续维持底层数据的有序性
3. 将新元素添加到底层数组里面

以上面的图为例。开始是 int16_t，各元素位置如下：

现在我们增加一个元素 65535，这是一个 int32_t 的元素，所以需要扩展空间大小。一个 int32_t 占用 32 位空间，6 个元素一共占用 192 位空间，所以需要扩展的空间大小为 112，如下图：

已经重新扩展了空间，然后需要将员原来元素放在正确的位上，得到下图：

最后添加新元素：

然后程序将 encoding 属性的值从 INTSET_ENC_INT16 改成 INTSET_ENC_INT32，length 从 5 该为 6 ，如下：

intset 的升级会带来两个好处：

1. 提升 intset 的灵活性
2. 尽可能地节约内存

intset 不支持降级操作，一旦进行升级，编码就会一直保持升级后的状态。

关于 intset 的源码就不多做阐述了，有兴趣的小伙伴可以自己查看。

参考

• 《Redis 设计与实现》