Redis 源码分析整数集合(intset)

本文涉及的产品
云数据库 Tair(兼容Redis),内存型 2GB
Redis 开源版,标准版 2GB
推荐场景:
搭建游戏排行榜
简介: Redis 源码分析整数集合(intset)

整数集合(intset)



整数集合 intset 是 redis 中用于保存整数集合的数据类型,他可以保存为 16、32、或者 64 的整数值,且保证集合中不会出现重复的元素


/* Note that these encodings are ordered, so:
 * INTSET_ENC_INT16 < INTSET_ENC_INT32 < INTSET_ENC_INT64. */
#define INTSET_ENC_INT16 (sizeof(int16_t))
#define INTSET_ENC_INT32 (sizeof(int32_t))
#define INTSET_ENC_INT64 (sizeof(int64_t))
/* Return the required encoding for the provided value. */
static uint8_t _intsetValueEncoding(int64_t v) {
    if (v < INT32_MIN || v > INT32_MAX)
        return INTSET_ENC_INT64;
    else if (v < INT16_MIN || v > INT16_MAX)
        return INTSET_ENC_INT32;
    else
        return INTSET_ENC_INT16;
}


inset.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;


一个包含五个 int16_t 类型整数值的整数集合:


image.png


数据操作



1、数据查找


intset 查找(intsetSearch)采用的是折半查找方式,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;
  }
}


2、插入与升级


当插入元素大于当前 intset 类型时,为了防止溢出,会对其进行升级操作。比如:向一个底层为 int_16_t 的整数集合中添加一个 int64_t 类型的整数值是,整数集合已有的所有原属都会转换为 int64_t 。


/* Insert an integer in the intset */
intset *intsetAdd(intset *is, int64_t value, uint8_t *success) {
    uint8_t valenc = _intsetValueEncoding(value);
    uint32_t pos;
    if (success) *success = 1;
    /* Upgrade encoding if necessary. If we need to upgrade, we know that
     * this value should be either appended (if > 0) or prepended (if < 0),
     * because it lies outside the range of existing values. */
    if (valenc > intrev32ifbe(is->encoding)) {
        /* This always succeeds, so we don't need to curry *success. */
        return intsetUpgradeAndAdd(is,value);
    } else {
        /* Abort if the value is already present in the set.
         * This call will populate "pos" with the right position to insert
         * the value when it cannot be found. */
        if (intsetSearch(is,value,&pos)) {
            if (success) *success = 0;
            return is;
        }
        is = intsetResize(is,intrev32ifbe(is->length)+1);
        if (pos < intrev32ifbe(is->length)) intsetMoveTail(is,pos,pos+1);
    }
    _intsetSet(is,pos,value);
    is->length = intrev32ifbe(intrev32ifbe(is->length)+1);
    return is;
}


升级并添加新元素到 intset . 代码如下所示:


/* Upgrades the intset to a larger encoding and inserts the given integer. */
static intset *intsetUpgradeAndAdd(intset *is, int64_t value) {
    uint8_t curenc = intrev32ifbe(is->encoding);
    uint8_t newenc = _intsetValueEncoding(value);
    int length = intrev32ifbe(is->length);
    int prepend = value < 0 ? 1 : 0;
    /* First set new encoding and resize */
    is->encoding = intrev32ifbe(newenc);
    is = intsetResize(is,intrev32ifbe(is->length)+1);
    /* Upgrade back-to-front so we don't overwrite values.
     * Note that the "prepend" variable is used to make sure we have an empty
     * space at either the beginning or the end of the intset. */
    while(length--)
        _intsetSet(is,length+prepend,_intsetGetEncoded(is,length,curenc));
    /* Set the value at the beginning or the end. */
    if (prepend)
        _intsetSet(is,0,value);
    else
        _intsetSet(is,intrev32ifbe(is->length),value);
    is->length = intrev32ifbe(intrev32ifbe(is->length)+1);
    return is;
}


升级整数集合并且添加新元素一共分为三个步骤:


1)根据新元素的类型,拓展整数集合底层数组的空间大小,并且为新元素分配空间。


2)将底层数组现有的元素都转成新原属相同的类型,并且将转换后的元素放置到正确的位上,而且放置元素的过程中,需要继续位置数组的有序性质不变。


3)将新元素加入到底层数组里面。


intset 操作优点



  1. 提升灵活性


可以通过自动升级底层数组来适应新的元素,所以可以将任意类型添加到集合,而不必贪心类型错误


  1. 节约内存


不同类型采用不同的类型的空间对其存储,从而避免空间浪费


  • 降级:不支持降级
  • 添加和删除


均需要进行 realloc 操作,因此慎用。


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