redis-整数集合

redis- 整数集合

整数集合（intset）是集合键的底层实现之一。当一个集合只包括整数元素并且元素个数不多时，Redis将会使用整数集合来存储。

看下面例子，当集合s1只存储整数1、2、4时，底层采用intset来存储；往集合s1中添加字符串”hello”后，底层存储变为哈希表。

redis的集合数据结构（set）其实是利用哈希表实现的，哈希表的键就是集合的元素，哈希表的值都是NULL。

127.0.0.1:6379> sadd s1 1 2 4(integer) 3127.0.0.1:6379> object encoding s1"intset"127.0.0.1:6379> sadd s1 "hello"(integer) 1127.0.0.1:6379> object encoding s1"hashtable"

以下片断是t_set.c的部分代码，从注释中可以看到，当值是一个整数值时返回intset，否则返回一个hashtable。

/* Factory method to return a set that *can* hold "value". When the object has * an integer-encodable value, an intset will be returned. Otherwise a regular * hash table. */robj *setTypeCreate(robj *value) {    if (isObjectRepresentableAsLongLong(value,NULL) == C_OK)        return createIntsetObject();    return createSetObject();}

整数集合的实现

redis整数集合可以存储int16_t、int32_t或者int64_t类型的整数值，并且保证集合中不存在重复元素。

redis的整数集合定义如下：

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

• encoding：整数集合保存的数据类型，encoding属性取值范围包括：
  
  • INTSET_ENC_INT16，此时contents数组元素值的范围为[-2^15^, 2^15^-1]
  • INTSET_ENC_INT32，此时contents数组元素值的范围为[-2^31^, 2^31^-1]
  • INTSET_ENC_INT64，此时contents数组元素值的范围为[-2^63^, 2^63^-1]
• length：整数集合包含的元素数量，也就是contents数组的大小
• contents：实际存储元素的数组，虽然contents数组的类型声明为int8_t，但是实际使用是根据encoding来决定数组存储的整数类型的。另外，contents中的元素是根据元素大小从小到大排列的，且contents中不存在任何重复项。

图1

图1是一个包括6个元素的整数集合，其中元素是int16_t类型的。

升级

对于图1的例子，如果此时往该整数集合插入一个int32_t类型的值，比如插入2010483000，显然原来的int16_t类型存储不了该值，此时需要对整数集合进行升级。

升级步骤为：

1. 根据新元素的类型，扩展底层存储空间的大小，并为新添加的元素预留存储空间。
2. 调整原有数据的数据类型为新的数据类型，预留每个元素的空间。
3. 将新添加的元素放到整数集合的正确位置。

例如对于图1，此时要插入2010483000，需要将原有的数据类型升级为int32_t

1. 首先计算需要的空间大小。元素个数有7个，每个大小为32位，总共有7x32=224位，空间分配如图2。
   
   图2

从图2可以看出，新分配的空间位数为96-223位。

1. 元素198排在第6位，所以它的最终位置为160-191位；

   元素89排在第5位，所以它的最终位置为128-159位；

   元素45排在第4位，所以它的最终位置为96-127位；

   元素23排第3位，所以它的最终位置为64-95位；

   元素-456排在第2位，所以它的最终位置为32-63位；

   元素-1234排在第1位，所以它的最终位置为0-31位；

   最终如图3所示

   

图3

新插入的元素放到第7位的空间，最终如图4所示。

图4

最后程序将encoding属性值改为INTSET_ENC_INT32，将length属性值改为7。

注意：如果新添加的元素引起了整数集合的升级，那么这个元素要么是比原来所有的元素都大，要么比原来所有的元素都小（负数）。因此新添加的元素要么位于数组contents索引0处，要么位于数组末尾。

为何要升级？

redis这样设计可以节省内存的使用，只有需要的时候才会去重新分配更多的内存，提高了内存的使用效率。

降级

redis不支持降级，当整数类型升级后不可以降级。比如整数集合只有一个类型为int32_t的元素，其他的元素用int16_t类型就可以存储，此时将该元素删除后，整数集合并不会降级为int16_t，而还是维持int32_t类型的。

注意点

1. 整数集合底层是用数组存储的，所以添加和移除的时间复杂度为O(n)
2. 整数集合底层存储是有序的，所以查找操作可以用二分查找，时间复杂度为O(log^N^)

参考：

1. Redis设计与实现. 黄健宏著.