【Redis数据结构与对象】整数集合(intset)
整数集合(intset)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就会使用整数集合作为集合键的底层实现。
一、整数集合的实现
整数集合(intset)是Redis用于保存整数值的集合抽象数据结构,可以保存的类型有int16_t、int32_t、int64_t的整数值,保证集合中不会出现重复元素。
在intset.h/intset数据结构如下:
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;
(1)contents[]数组:是整数集合的底层实现。整数集合每个元素都是contents数组的一个数组项(item),各个项在数组中按照值的大小从小到大有序的排列,并且数组中不包含任何重复项。
(2)length属性:记录了整数集合包含的元素数量,就是contents数组的长度。
虽然intset结构将content属性声明为int8_t类型的数组,但是contents数组实际上并不保存任何int8_t类型的值,contents数组的真正类型取决于encoding属性的值:
encoding属性值为INTSET_ENC_INT16/32/64,那么contents就是一个int16/32/64_t类型的数组。
二、升级
当需要将新元素添加到整数集合中,并且新元素类型比整数集合现有元素类型都长的时候,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中。
升级整数集合并且添加新元素分三步走:
(1)根据新元素的类型,扩展整数集合底层数组空间大小,并且为新元素分配空间。
(2)将底层数组现有的所有元素都转化为与新元素相同类型,并且将类型转换后的元素放置在正确的位置上,而且在放置元素的过程中,需要继续维持底层数组的有序不变。
(3)将新元素添加到底层数组里面。
顺序是从最后一个元素开始新分配空间并且做复制,前面的空间统一扩展,并且从后往前依次复制并扩展。
升级之后新元素的摆放位置:
因为引发升级的元素的长度总是比整数集合现有的元素长度都大,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:
(1)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(索引为0)
(2)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)上。
三、升级的好处
整数集合的升级策略有两个好处:①提升整数集合的灵活性②尽可能节约内存
1、提升灵活性
C语言为静态类型语言,为了避免类型错误,一般不会将两种不同类型值放在同一个数据结构里面。
2、节约空间
整数集合这种做法,既可以让集合可以同时保存三种不同类型的值,又可以确保升级操作只会在有需要的时候进行,可以节省空间。而不是一开始就拿最大的64位去存,会出现内存浪费情况。
四、降级
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。
五、整数集合API
六、重点回顾
(1)整数集合是集合键的底层实现之一
(2)整数集合的底层实现为数组,这个数组有序、无重复的方式保存集合元素,在有需要的时候,程序会根据新添加的元素的类型,改变数组的类型
(3)升级操作作为整数集合带来了操作的灵活性,尽可能节约内存
(4)整数集合只支持升级操作,不支持降级操作。
参考文献:
《redis设计与实现(第二版)》