Redis 整数集合的实现

2018-08-02 14:45 更新

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。

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(item), 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, 数组里的每个项都是一个 int16_t 类型的整数值 (最小值为 -32,768 ,最大值为 32,767 )。
  • 如果 encoding 属性的值为 INTSET_ENC_INT32 , 那么 contents 就是一个 int32_t 类型的数组, 数组里的每个项都是一个 int32_t 类型的整数值 (最小值为 -2,147,483,648 ,最大值为 2,147,483,647 )。
  • 如果 encoding 属性的值为 INTSET_ENC_INT64 , 那么 contents 就是一个 int64_t 类型的数组, 数组里的每个项都是一个 int64_t 类型的整数值 (最小值为 -9,223,372,036,854,775,808 ,最大值为 9,223,372,036,854,775,807 )。

图 6-1 展示了一个整数集合示例:

  • encoding 属性的值为 INTSET_ENC_INT16 , 表示整数集合的底层实现为 int16_t 类型的数组, 而集合保存的都是 int16_t 类型的整数值。
  • length 属性的值为 5 , 表示整数集合包含五个元素。
  • contents 数组按从小到大的顺序保存着集合中的五个元素。
  • 因为每个集合元素都是 int16_t 类型的整数值, 所以 contents 数组的大小等于 sizeof(int16_t) * 5 = 16 * 5 = 80 位。

图 6-2 展示了另一个整数集合示例:

  • encoding 属性的值为 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。

虽然 contents 数组保存的四个整数值中, 只有 -2675256175807981027 是真正需要用 int64_t 类型来保存的, 而其他的 1 、 3 、 5 三个值都可以用 int16_t 类型来保存, 不过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, 不仅仅是-2675256175807981027 。

接下来的一节将对整数集合的升级操作进行详细的介绍。

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