Redis底層資料結構整數集合

redis 中的整數集合 intset 是用來儲存多個不重複的整數值且有序的集合抽象資料結構，可以儲存型別為 int16-t 、int32-t 或者 int64-t 的整數值。

整數集合在 redis 中作為了集合 set 資料結構的底層實現之一。

當乙個集合中的元素都是整數值，且元素不多的時候，整數集合就會作為集合 set 的底層實現。

整數集合結構的具體**：

typedef struct intset  intset;

屬性 encoding

屬性 encoding 代表著整數集合儲存整數值時，所使用的儲存型別長度。

encoding 的值可以為下面三種常量型別其中之一。

define intset_enc_int16 (sizeof(int16_t))

define intset_enc_int32 (sizeof(int32_t))

define intset_enc_int64 (sizeof(int64_t))

可以把這三種型別理解為可以儲存16位範圍內的整數、32位範圍內的整數、

64位範圍內的整數。

屬性 contents

屬性 contents 是乙個陣列，整數集合的每個元素都儲存在了 content 陣列裡對應的下標位置裡，他們按數值從小到大排序儲存，且不含重複的整數值。

可以看到 contents 陣列被宣告為 int8_t 型別，但實際上 contents 陣列並不儲存任何 int_8 元素，只是作為了乙個佔位符來使用。到真正讀寫資料的時候，程式會根據 encoding 值來進行對 contents 陣列進行型別轉換和指標運算。

整數集合保證了集合中的所有元素只能為同一種 encoding 型別，其 encoding 型別由集合中元素的絕對值最大的那個元素的長度型別決定。

屬性 length

屬性 length 代表了 contents 陣列的長度，儲存了這個整數集合的元素數量。

下圖為乙個 int16_t 型別的整數集合：

當我們在乙個 encoding 型別為 int16_t 的整數集合新增乙個新的整數值的時候，假如這個整數值型別大於int16_t 型別，整數集合將進行公升級操作，再將新的整數值新增進整數集合。

具體公升級內容：

下面是乙個 int16_t 型別的整數集合。

因為有四個元素，加上每個元素占用了16位長度的記憶體空間，所以已經這個整數集合已經占用了64位記憶體空間。

當乙個新的整數值 66666 要新增進來的時候，因為 66666 已經超過了原本的 int16_t 型別16位最大範圍的整數值，它的型別為 int32_t 了，所以此時需要公升級整數集合來接納新的整數值。

具體公升級步驟

1.根據新整數值的型別長度以及集合最終元素的的數量，對底層 contents 陣列進行空間分配

新整數值的型別為 int32_t ，所以乙個整數值將佔32位記憶體空間，以及集合最終元素的數量為5個，所以程式將重新分配160位的記憶體空間，整數集合記憶體空間從原本的64位公升級到了160位。

2.公升級整數集合原本元素的型別，然後重新排序，保證整數集合的有序性

將原本的整數值的型別進行公升級到 int32_t 型別，並將轉換後的整數值放置到對應的位置，保證整數值在底層陣列裡面還是有序性。

3.將新的整數值新增到公升級之後的整數集合 contents 陣列裡面去

最後將整數集合的 encoding 屬性值設定為 intset_enc_int32 , 然後將 66666 這個整數值新增進整數集合。

最終新增完成的整數集合：

公升級優點

1.提公升靈活性

因為 c 語言是靜態型別的語言，我們會為不同型別的值賦予不同的型別，就必須先強行為值定義型別。這樣的話，整數集合的公升級策略避免了這種預先正確定義型別，通過乙個適當的型別，接受所有新增進來的整數值。

2.節約記憶體

通過公升級策略可以一定達到節約記憶體的目的，因為可以用佔記憶體較少的型別 int16_t 來儲存整數值，當有需要的時候，再來公升級型別。

建立集合操作

建立集合具體**：

intset *intsetnew(void)

程式首先呼叫 zmalloc 函式為整數集合分配記憶體，分配之後將 encoding 屬性值設定為 int16_t 型別，這樣可以用最低的記憶體開局，不用一開始占用很大的記憶體空間，接著把 length 屬性值設定為0,就此建立成功

插入元素操作

插入元素具體**：

intset *intsetadd(intset *is, int64_t value, uint8_t *success)  else        
is = intsetresize(is,intrev32ifbe(is->length)+1); 
if (pos < intrev32ifbe(is->length)) intsetmovetail(is,pos,pos+1); 
} 
// 將新值設定到底層陣列的指定位置中 
_intsetset(is,pos,value); 
// 增一集合元素數量的計數器 
is->length = intrev32ifbe(intrev32ifbe(is->length)+1); 
return is;
}

插入元素的時候，會先計算新元素所需的長度，然後來到**中的第二個 if 判斷是否需要公升級操作。

如果新元素的編碼型別比原來整數集合的 encoding 值大，那麼執行 intsetupgradeandadd 函式進行集合公升級操作，之後將公升級後的整數集合返回。

不滿足公升級操作的話，先查詢新元素是否在原來的整數集合存在，如果有的話，操作失敗，返回原來的整數集合。這裡是為了保證整數集合的元素唯一性。沒有的話，就會為集合調整新的記憶體空間，然後將新元素設定進他合適的位置上。

之後為 length 屬性值加一，返回新的整數集合，完成了插入操作。

查詢元素操作

查詢元素具體**：

static uint8_t intsetsearch(intset *is, int64_t value, uint32_t *pos)  else  else if (value < _intsetget(is,0)) 
}while(max >= min) else if (value < cur) else 
}if (value == cur) else 
}

查詢元素開始的時候，先對整數集合是否有值進行判斷，沒值就返回0。有值就通過獲取首尾元素的值來判斷該元素是否存在集合中，因為整數集合的有序性，通過最大最小值可以直接判斷出是否存在。

然後通過陣列的二分查詢思想的**，快速查詢該元素的位置，最終找到了位置就返回1表示找到並將找到的位置設定到 pos 屬性，0表示沒找到。

刪除元素操作

刪除元素具體**：

intset *intsetremove(intset *is, int64_t value, int *success) 
return is;
}

刪除元素的過程與增加元素的過程有些類似，也是通過先計算需要刪除元素的編碼型別，只有當元素的編碼型別小於等於整數集合的 encoding 的時候（因為大於的話，表示該元素不存在整數集合中），且呼叫 intsetsearch 函式查詢元素存在，才執行具體的刪除操作。

具體刪除操作的時候，呼叫 intsetmovetail 函式將原來這個元素的位置後面的元素往前移動。

最後重新調整集合的記憶體空間，以及集合的長度完成了最終的刪除操作。

通過 redis 中的整數集合這樣乙個唯一有序的資料結構，講述了整數集合在 redis 中的底層結構、公升級操作以及相關實現。

參考：《 redis設計與實現》

Redis底層資料結構整數集合

Redis底層資料結構五整數集合

Redis底層資料結構？

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Redis底層資料結構 五 整數集合

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