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本系列博客文章已经分析了Redis的大部分数据结构，包括动态字符串，双端链表，字典，跳跃表等，这些数据结构都非常强大实用，但是在内存消耗方面也非常“巨大”。Redis的数据都是存放在内存上面的，所以对内存的使用要求及其苛刻，Redis会想方设法的来节省内存。 假设有一组集合 1,2,3,6,5 $\\{1,2,3,6,5\\}$，如果采用上述的数据结构来存储的话，必然会付出昂贵的内存代价，因此，Redis在这种小数据量的条件下，会使用内存映射来代替内部数据结构。这就使得整数集合（intset）和压缩（ziplist）这两类节省内存的数据结构应运而生了。 # intset数据结构 Intset是集合键的底层实现之一，如果一个集合满足只保存整数元素和元素数量不多这两个条件，那么Redis就会采用intset来保存这个数据集。intset的数据结构如下：

typedef struct intset {    uint32_t encoding; // 编码模式    uint32_t length;  // 长度    int8_t contents[];  // 数据部分} intset;

其中，encoding字段表示该整数集合的编码模式，Redis提供三种模式的宏定义如下：

// 可以看出，虽然contents部分指明的类型是int8_t，但是数据并不以这个类型存放// 数据以int16_t类型存放，每个占2个字节，能存放-32768~32767范围内的整数#define INTSET_ENC_INT16 (sizeof(int16_t)) // 数据以int32_t类型存放，每个占4个字节，能存放-2^32-1~2^32范围内的整数#define INTSET_ENC_INT32 (sizeof(int32_t)) // 数据以int64_t类型存放，每个占8个字节，能存放-2^64-1~2^64范围内的整数#define INTSET_ENC_INT64 (sizeof(int64_t))

length字段用来保存集合中元素的个数。 contents字段用于保存整数，数组中的元素要求不含有重复的整数且按照从小到大的顺序排列。在读取和写入的时候，均按照指定的encoding编码模式读取和写入。 # 升级 inset中最值得一提的就是升级操作。当intset中添加的整数超过当前编码类型的时候，intset会自定升级到能容纳该整数类型的编码模式，如 1,2,3,4 $\\{1,2,3,4\\}$，创建该集合的时候，采用int16_t的类型存储，现在需要像集合中添加一个整数40000，超出了当前集合能存放的最大范围，这个时候就需要对该整数集合进行升级操作，将encoding字段改成int32_6类型，并对contents字段内的数据进行重排列。 Redis提供intsetUpgradeAndAdd函数来对整数集合进行升级然后添加数据。其升级过程可以参考如下图示：

其源代码如下：

// 升级整数集合并添加元素static intset *intsetUpgradeAndAdd(intset *is, int64_t value) {    // 获取当前编码格式    uint8_t curenc = intrev32ifbe(is->encoding);    // 获取需要升级到的编码格式    uint8_t newenc = _intsetValueEncoding(value);    // 获取原整数集中的整数个数    int length = intrev32ifbe(is->length);    // 由于待添加的元素一定是大于或者小于整数集中所有元素，故此处需要判断添加到新数据集的头部或者尾部    // 如果value为正，则添加到新数据集的尾部；反之则添加到首部    int prepend = value < 0 ? 1 : 0;    // 设定新的编码格式    is->encoding = intrev32ifbe(newenc);    // 对原数据集进行扩容    is = intsetResize(is,intrev32ifbe(is->length)+1);    // 采用从后往前的重编码顺序，这样就避免覆盖数据了。    while(length--)        // 将原数据集中的数据依次赋值到新数据集中        // _intsetGetEncoded(is,length,curenc)获取数据集is的第length位上的数据，curenc为原数据集的编码格式        // _intsetSet将数据集is的第length+prepend位上设定为上一函数返回的值        _intsetSet(is,length+prepend,_intsetGetEncoded(is,length,curenc));    // 将待添加的数据添加到首部或者尾部    if (prepend)        _intsetSet(is,0,value);    else        _intsetSet(is,intrev32ifbe(is->length),value);    // 修改新数据集的长度    is->length = intrev32ifbe(intrev32ifbe(is->length)+1);    return is;}// 将value设定到整数集合is的第pos位static void _intsetSet(intset *is, int pos, int64_t value) {    // 获取整数集合is的编码格式    uint32_t encoding = intrev32ifbe(is->encoding);    // 针对不同的编码格式做相应的处理    if (encoding == INTSET_ENC_INT64) {        // 将对应的pos位设置成value        ((int64_t*)is->contents)[pos] = value;        // 如果必要，对新值进行大小端转换        memrev64ifbe(((int64_t*)is->contents)+pos);    } else if (encoding == INTSET_ENC_INT32) {        // 同上        ((int32_t*)is->contents)[pos] = value;        memrev32ifbe(((int32_t*)is->contents)+pos);    } else {        // 同上        ((int16_t*)is->contents)[pos] = value;        memrev16ifbe(((int16_t*)is->contents)+pos);    }}// 获取整数集is中，按照enc编码格式的第pos位上的元素static int64_t _intsetGetEncoded(intset *is, int pos, uint8_t enc) {    int64_t v64;    int32_t v32;    int16_t v16;    // 针对不同的编码格式做相应的处理    // (enc*)is->contents获取整数集中的数据部分    // (enc*)is->contents+pos获取第pos位上的元素    // memrevEncifbe(&vEnc)如有必要对拷贝出来的值进行大小端转换    if (enc == INTSET_ENC_INT64) {        memcpy(&v64,((int64_t*)is->contents)+pos,sizeof(v64));        memrev64ifbe(&v64);        return v64;    } else if (enc == INTSET_ENC_INT32) {        memcpy(&v32,((int32_t*)is->contents)+pos,sizeof(v32));        memrev32ifbe(&v32);        return v32;    } else {        memcpy(&v16,((int16_t*)is->contents)+pos,sizeof(v16));        memrev16ifbe(&v16);        return v16;    }}

Redis不提供降级操作，所以一旦对数组进行了升级，编码就会一直保持升级后的状态。

inset基本操作

创建intset

Redis在创建intset集合时，默认采用int16_t编码格式。

intset *intsetNew(void) {    intset *is = zmalloc(sizeof(intset));    is->encoding = intrev32ifbe(INTSET_ENC_INT16);    is->length = 0;    return is;}

添加元素

intset在添加元素时需要判断新数据的大小，如果超出原编码格式能表示的范围，则调用上面的intsetUpgradeAndAdd函数进行添加，如果没有超出，则直接添加到指定位置。

// 向整数集合中添加元素intset *intsetAdd(intset *is, int64_t value, uint8_t *success) {    uint8_t valenc = _intsetValueEncoding(value);    uint32_t pos;    if (success) *success = 1;    // 如果超出了当前编码格式所能表示的范围，则升级整数集合并添加元素    if (valenc > intrev32ifbe(is->encoding)) {        return intsetUpgradeAndAdd(is,value);    } else {        // 如果没有超出，则计算待添加整数需要应添加到整数集合中的位置        if (intsetSearch(is,value,&pos)) {            // intset中应不存在相同元素，如果待添加的整数已存在，则直接返回            if (success) *success = 0;            return is;        }        // 调整整数集合的大小        is = intsetResize(is,intrev32ifbe(is->length)+1);        // 将整数集合中pos~end的数据移动到pos+1~newend上        if (pos < intrev32ifbe(is->length)) intsetMoveTail(is,pos,pos+1);    }    // 添加数据到第pos位    _intsetSet(is,pos,value);    // 更新length值    is->length = intrev32ifbe(intrev32ifbe(is->length)+1);    return is;}// 查找value在整数集is中该添加到的位置// 如果整数集中不存在value值，则返回0，并将插入位置存放在pos变量中// 反之，返回1，表示value已存在static uint8_t intsetSearch(intset *is, int64_t value, uint32_t *pos) {    int min = 0, max = intrev32ifbe(is->length)-1, mid = -1;    int64_t cur = -1;    // 判断数据集是否为空    if (intrev32ifbe(is->length) == 0) {        if (pos) *pos = 0;        return 0;    } else {        // 如果待查找的数超出了整数集中现有元素的最大和最小范围，则不需要查找        if (value > _intsetGet(is,intrev32ifbe(is->length)-1)) {            // value大于整数集中的最大值，则插入到整数集末尾            if (pos) *pos = intrev32ifbe(is->length);            return 0;        } else if (value < _intsetGet(is,0)) {            // value小于整数集中的最小值，则插入到整数集头部            if (pos) *pos = 0;            return 0;        }    }    // 利用二分法进行查找，时间复杂度为O(logn)    while(max >= min) {        mid = ((unsigned int)min + (unsigned int)max) >> 1;        cur = _intsetGet(is,mid);        if (value > cur) {            min = mid+1;        } else if (value < cur) {            max = mid-1;        } else {            break;        }    }    if (value == cur) {        if (pos) *pos = mid;        return 1;    } else {        if (pos) *pos = min;        return 0;    }}// 将整数集的from为开始的数据全部移动到to位以后static void intsetMoveTail(intset *is, uint32_t from, uint32_t to) {    void *src, *dst;    uint32_t bytes = intrev32ifbe(is->length)-from;    uint32_t encoding = intrev32ifbe(is->encoding);    // 根据编码格式做相应处理    // src为待移动内存的初始位置    // dst为需要移动到的内存块的初始位置    // bytes为需要移动的字节数    if (encoding == INTSET_ENC_INT64) {        src = (int64_t*)is->contents+from;        dst = (int64_t*)is->contents+to;        bytes *= sizeof(int64_t);    } else if (encoding == INTSET_ENC_INT32) {        src = (int32_t*)is->contents+from;        dst = (int32_t*)is->contents+to;        bytes *= sizeof(int32_t);    } else {        src = (int16_t*)is->contents+from;        dst = (int16_t*)is->contents+to;        bytes *= sizeof(int16_t);    }    memmove(dst,src,bytes);}

移除数据

// 将整数集合中值为value的整数移除intset *intsetRemove(intset *is, int64_t value, int *success) {    uint8_t valenc = _intsetValueEncoding(value);    uint32_t pos;    if (success) *success = 0;    // 符合删除条件的要求有两条：    // -- 值不能超出当前编码格式能表示的范围    // -- 整数集中能找到该值    if (valenc <= intrev32ifbe(is->encoding) && intsetSearch(is,value,&pos)) {        uint32_t len = intrev32ifbe(is->length);        // 表示能删除        if (success) *success = 1;        // 移动内存，删除数据        if (pos < (len-1)) intsetMoveTail(is,pos+1,pos);        // 调整内存大小        is = intsetResize(is,len-1);        // 更新length值        is->length = intrev32ifbe(len-1);    }    return is;}

其他操作函数

• intsetFind 用二分法判断给定值是否存在于集合中
• intsetRandom 随机返回整数集合中的一个数
• intsetGet 取出底层属猪在给定索引上的元素
• intsetLen 返回整数集合中的元素个数
• intsetloblen 返回整数集合占用的内存字节数

intset小结

整数集合intset的底层实现为数组，该数组中的元素有序、无重复的存放，为了更好的节省内存，intset提供了升级操作，但是不支持降级操作。intset的源码实现比较简单，但功能上很实用。

转载地址：http://oeyli.baihongyu.com/