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整數集合

整數集合（insert）是集合鍵的底層實現之一，當一個集合只包含整數值元素，并且這個集合的元素數量不多時，Redis就會使用整數集合作為集合鍵的底層實現。舉個栗子，如果我們創建一個只包含五個元素的集合鍵，并且集合中的所有元素都是整數值，那么這個集合鍵的底層實現就會是整數集合：

127.0.0.1:6379> SADD numbers 1 3 5 7 9 (integer) 5 127.0.0.1:6379> SMEMBERS numbers 1) "1" 2) "3" 3) "5" 4) "7" 5) "9" 127.0.0.1:6379> OBJECT ENCODING numbers "intset"

　　　　

整數集合的實現

整數集合（insert）是Redis用于保存整數值的集合抽象數據結構，它可以保存類型為int16_t、int32_t或者int64_t的整數值，并且保證集合中不會出現重復元素。

intset.h

typedef struct intset {//編碼方式uint32_t encoding;//集合包含的元素數量uint32_t length;//保存元素的數組int8_t contents[]; } intset;

　　

contents數組是整數集合的底層實現：整數集合的每個元素都是contents數組中的一個數組項，各個項在數組中按值的大小從小到大有序地排列，并且數組中不包含任何重復項。length屬性記錄了整數集合包含的元素數量，也即是contents數組的長度。雖然intset結構將contents屬性聲明為int8_t類型的數組，但實際上contents數組并不保存任何int8_t類型的值，contents數組的真正類型取決于encoding屬性的值：

• 如果encoding屬性的值為為INTSET_ENC_INT16，那么contents就是一個int16_t類型的數組了，數組里的每個項都是一個int16_t類型的整數值（最小值為-32 768，最大值為32 767）
• 如果encoding屬性的值為INTSET_ENC_INT32，那么contents就是一個int32_t類型的數組了，數組里的每個項都是一個int32_t類型的整數值（最小值為-2 147 483 648，最大值為2 147 483 647）
• 如果encoding屬性的值為INTSET_ENC_INT64，那么contents就是一個int64_t類型的數組了，數組里的每個項都是一個int64_t類型的整數值（最小值為-9 223 372 036 854 775 808，最大值為9 223 372 036 854 775 807）。

圖1-1展示了一個整數集合示例：

圖1-1? ?一個包含五個int6_t類型整數值的整數集合

• 如果encoding屬性的值為為INTSET_ENC_INT16，表示整數集合的底層實現為int16_t類型的數組，而集合保存的都是int16_t類型的整數值
• length屬性為5，表示整數集合包含5個元素
• contents數組按從小到大的順序保存著集合中的五個元素
• 因為每個集合元素都是int16_t類型的整數值，所以contents數組的大小等于sizeof(int16_t)*5=16*5=80位

圖1-2展示了另一個整數集合示例：

圖1-2? ?一個包含四個int16_t類型整數值的整數集合

• encoding屬性的值為INTSET_ENC_INT64，表示整數集合的底層實現為int64_t類型的數組，而數組中保存的都是int64_t類型的整數值
• length屬性的值為4，表示整數集合包含四個元素
• contents數組按從小到大的順序保存著集合中的四個元素
• 因為每個集合元素都是int64_t類型的整數值，所以contents數組的大小為sizeof(int64_t)*4=64*4=256位

雖然contents數組保存的四個整數值中，只有-2 675 256 175 807 981 027是真正需要用int64_t類型來保存的，而其他的1、3、5三個值都可以用int16_t類型來保存，不過根據整數集合的升級規則，當向一個底層為int16_t數組的整數集合添加一個int64_t類型的整數值時，整數集合已有的所有元素都會被轉換成int64_t類型，所以contents數組保存的四個整數值都是int64_t類型的，不僅僅是?-2 675 256 175 807 981 027

升級

每當我們要將一個新元素添加到整數集合里面，并且新元素的類型比整數集合現有所有元素的類型要長時，整數集合需要先進行升級（upgrade），然后才能將新元素添加到整數集合里面。升級整數集合并添加新元素共分為三步進行：

?根據新元素的類型，擴展整數集合底層數組對的空間大小，并為新元素分配空間

將底層數組現有的所有元素都轉換成與新元素相同的類型，并將類型轉換后的元素放到正確的位置上，而且在放置元素的過程中，需要繼續維持底層數組的有序性質不變

將新元素添加到底層數組里面

舉個栗子，假設現在有一個INTSET_ENC_INT16編碼的整數集合，集合中包含三個int16_t類型的元素，如圖1-3所示

圖1-3? ?一個包含三個int16_t類型的元素的整數集合

因為每個元素都占用16位空間，所以整數集合底層數組的大小為3*16=48位，圖1-4展示了整數集合的三個元素在這48位里的位置

現在，假設我們要將類型為int32_t的整數值65 535添加到整數集合里面，因為65 535的類型int32_t比整數集合當前所有元素要長，所以在將65 535添加到整數集合之前，程序需要先對整數集合進行升級。升級首先要做的是，根據新類型的長度，以及集合元素的數量（包括要添加的新元素在內），對底層數組進行空間重分配

整數集合目前有三個元素，再加上新元素65 535，整數集合需要分配四個元素的空間，因為每個int32_t整數值需要占用32位空間，所以在空間重分配之后，底層數組的大小將是32*4=128位，如圖1-5所示。雖然程序對底層數組進行了空間重分配，但數組原有的三個元素1、2、3仍然是int16_t類型，這些元素還保存在數組的前48位里面，所以程序接下來要做的就是將這三個元素轉換成int32_t類型，并將轉換后的元素放置到正確的位上面，而且在放置元素的過程中，需要維持底層數組的有序性質不變

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圖1-5? ?進行空間重分配之后的數組

首先，因為元素3在1、2、3、65535四個元素中排名第三，所以它將被移動到contents數組的索引2位置上，也即是數組64位至95位的空間內，如圖1-6所示

圖1-6? ?對元素3進行類型轉換，并保存在適當的位置上

接著，因為元素2在1、2、3、65535四個元素中排名第二，所以它將被移動到contents元素的索引1的位置上，也即是數組的32位至63位的空間內，如圖1-7

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圖1-7? ?對元素2進行類型轉換，并保存在適當的位上

之后，因為元素1在1、2、3、65536四個元素中排名第一，所以它將被移動到contents數組的索引0位置上，即數組的0位至31位空間內，如圖1-8所示

圖1-8? ?對元素1進行類型轉換，并保存在適當的位置上

然后，因為元素65535在1、2、3、65535四個元素中排名第四，所以它將被添加到contents數組的索引3位置上，也即時數組的96位至127位的空間內，如圖1-9所示

如圖1-9? ?添加65535到數組

最后，程序將整數集合encoding屬性的值從INTSET_ENC_INT16改為INTSET_ENC_INT32，并將length屬性的值從3改為4，設置完成之后的整數集合如圖1-10所示

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圖1-10? ?完成添加操作之后的整數集合

因為每次向整數集合添加新元素都可能會引起升級，而每次升級都需要對底層數組中已有的元素進行類型轉換，所以向整數集合添加新元素的時間復雜度為O(N)。其他類型的升級操作，比如從INTSET_ENC_INT16編碼升級為INTSET_ENC_INT64編碼，或從INTSET_ENC_INT32編碼升級為INTSET_ENC_INT64編碼，升級的過程都和上面展示的升級過程類似

升級的好處

整數集合的升級策略有兩個好處，一個是提升整數集合的靈活性，另一個是盡可能地節約內存

提升靈活性

因為C語言是靜態類型語言，為了避免類型錯誤，我們通常不會將兩種不同類型的值放在同一數據結構里面。例如，我們一般只用int16_t類型的數組來保存int16_t類型的值，只使用int32_t類型的數組來保存int32_t類型的值，諸如此類。但是，因為整數集合可以通過自動升級底層數組來適應新元素，所以我們可以隨意地將int16_t、int32_t或int64_t類型的整數添加到集合中，而不必擔心出現類型錯誤

節約內存

要讓一個數組可以同時保存int16_t、int32_t、int64_t三種類型的值，最簡單的做法就是直接使用int64_t類型的數組作為整數集合的底層實現。不過這樣一來，部分可以用int16_t、int32_t來存儲的值因使用int64_t類型來存儲，會造成內存的浪費。而整數集合現在的做法既可以讓集合能同時保存三種不同類型的值，又可以確保升級操作只會在有需要的時候進行，這可以盡量節省內存

降級

整數集合不支持降級操作，一旦對數組進行了升級，編碼就會一直保持升級后的狀態。舉個栗子，對于圖1-11所示的整數集合來說，即使我們將集合里唯一一個真正需要使用int64_t類型來保存的元素4 294 967 295刪除了，整數集合的編碼仍然會維持使用int64_t，底層數組也仍然會使int64_t類型，如圖1-12所示

圖1-11? ?數組編碼為INTSET_ENC_INT64的整數集合

圖1-12? ?刪除4 294 967 295的整數集合

整數集合API

表1-1列出了整數集合的操作API

表1-1? ?整數集合API

函數	作用	時間復雜度
intsetNew(void)	創建一個新的整數集合	O(1)
intsetAdd(intset *is, int64_t value, uint8_t *success)	將給定元素添加到整數集合里面	O(N)
intsetRemove(intset *is, int64_t value, int *success)	從整數集合中移除給定元素	O(N)
intsetFind(intset *is, int64_t value)	檢查給定值是否存在于集合	因為底層數組有序，查找可以通過二分查找法來進行，所以復雜度為O(logN)
intsetRandom(intset *is)	從整數集合中隨機返回一個元素	O(1)
intsetGet(intset *is, uint32_t pos, int64_t *value)	取出底層數組在給定索引上的元素	O(1)
intsetLen(intset *is)	返回整數集合包含的元素個數	O(1)
intsetBlobLen(intset *is)	返回整數集合占用的內存字節數	O(1)

轉載于:https://www.cnblogs.com/beiluowuzheng/p/9734227.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Redis实现之整数集合的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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