redis--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。

1. 整数集合的实现

整数集合是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。每个intset.h/intset结构表示一个整数集合:

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;

contents数组是整数集合的底层实现:整数集合的每个元素都是contents数组的一个数组项,各个项在数组中按值的大小从小到大有序地排列,并且数组中不包含任何重复项。length属性记录了整数集合包含的元素数量,也即是contents数组的长度。虽然intset结构将contents属性声明为int8_t类型的数组,但实际上contents数组并不保存任何int8_t类型的值,contents数组的真正类型取决于encoding属性的值:如果encoding属性的值为INTSET_ENC_INT16,那么contents就是一个int16_t类型的数组,数组中每一项都是一个int16_t类型的整数值,而INTSET_ENC_INT32和INTSET_ENC_INT64类似。例如:
在这里插入图片描述
展示了一个整数集合。

  • encoding属性值为INTSET_ENC_INT64,表示整数集合的底层实现为int64_t类型的数组,而数组中保存的都是int64_t类型的整数值。
  • length属性的值为4,表示整数集合包含四个元素。
  • contents数组按从小到大的顺序保存着集合中的四个元素。
  • 因为每个集合元素都是int64_t类型的整数值,所以contents数组的大小为sizeof(int64_t) * 4 = 64 * 4 = 256位。

当然此处能看到,其实只有一个数值-2675256175807981027需要用int64_t存储,其他三个都可以int16_t。但根据整数集合的升级规则当向一个底层为int16_t数组的整数集合添加一个int64_t类型的整数值时,整数集合已有的所有元素都会被转换成int64_t类型,所以contents数组保存的四个整数值都是int64_t类型的。

2. 升级

每当我们需要将一个新元素添加到整数集合里时,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,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:

  1. 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。
  2. 将底层数组现有的所有元素都转换为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,需要维持底层数组的有序性质不变
  3. 将新元素添加到底层数组里面。

因为每次向整数集合添加新元素都可能会引起升级,而每次升级都需要对底层数组中已有的所有元素进行类型转换,所以向整数集合添加新元素的时间复杂度为O(N)。而对于新元素的摆放位置要注意的是: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

升级有两点好处:

  • 提升了灵活性:C语言是静态类型语言,所以不允许将不同类型的值放在同一个数据结构里,而我们使用整数集合可以自动升降机,不会出现类型错误。
  • 节约内存:数组只会在必要的时候转为int64_t,相对来说会节约一定内存。

3. 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

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