redis数据结构:整数集合

整数集合

整数集合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时, Redis 就会使用整数集合作为集合键的底层实现。

整数集合(intset)是 Redis 用于保存整数值的集合抽象数据结构, 它可以保存类型为 int16_t 、 int32_t 或者 int64_t 的整数值, 并且保证集合中不会出现重复元素而且集合是有序的。

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:控制数组元素多少位
length:数组有多少个元素
contents:数组

整数集合的升级

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上, 而且在放置元素的过程中, 需要继续维持底层数组的有序性质不变。
  • 将新元素添加到底层数组里面。

升级之后新元素的摆放位置

因为引发升级的新元素的长度总是比整数集合现有所有元素的长度都大, 所以这个新元素的值要么就大于所有现有元素, 要么就小于所有现有元素:

  • 在新元素小于所有现有元素的情况下, 新元素会被放置在底层数组的最开头(索引 0 );
  • 在新元素大于所有现有元素的情况下, 新元素会被放置在底层数组的最末尾(索引 length-1 )。

升级有什么好处

整数集合不支持降级操作, 一旦对数组进行了升级, 编码就会一直保持升级后的状态。

提升灵活性

因为 C 语言是静态类型语言, 为了避免类型错误, 我们通常不会将两种不同类型的值放在同一个数据结构里面。
比如说, 我们一般只使用 int16_t 类型的数组来保存 int16_t 类型的值, 只使用 int32_t 类型的数组来保存 int32_t 类型的值, 诸如此类。
但是, 因为整数集合可以通过自动升级底层数组来适应新元素, 所以我们可以随意地将 int16_t 、 int32_t 或者 int64_t 类型的整数添加到集合中, 而不必担心出现类型错误, 这种做法非常灵活。

节约内存

如果我们一直只向整数集合添加 int16_t 类型的值, 那么整数集合的底层实现就会一直是 int16_t 类型的数组, 只有在我们要将 int32_t 类型或者 int64_t 类型的值添加到集合时, 程序才会对数组进行升级。

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