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Redis 数据结构 intset

intset 和 dict 都是 sadd 命令的底层数据结构,当添加的所有数据都是整数时,会使用前者;否则使用后者。特别的,当遇到添加数据为字符串,即不能表示为整数时,Redis 会把数据结构转换为 dict,即把 intset 中的数据全部搬迁到 dict。

本片展开的是 intset,dict 的文章可以参看之前写的《Redis 数据结构 dict》

intset 结构体

intset 底层本质是一个有序的、不重复的、整型的数组,支持不同类型整数。

typedef struct intset {
// 每个整数的类型
uint32_t encoding;
// intset 长度
uint32_t length;
// 整数数组
int8_t contents[];
} intset;

结构体中 intset.contents 数组没有指定长度,这样是为了方便分配释放内存。encoding 能下面的三个值:分别是 16,32 和 64 位整数:

/* 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))

intset 搜索

intset 是有序的整数数组,可以用二分搜索查找。

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;
   /* The value can never be found when the set is empty */
   // 集合为空
      if (intrev32ifbe(is->length) == 0) {
      if (pos) *pos = 0;
         return 0;
      } else {
      /* Check for the case where we know we cannot find the value,
      * but do know the insert position. */
      // value 比最大元素还大
      if (value > _intsetGet(is,intrev32ifbe(is->length)-1)) {
      if (pos) *pos = intrev32ifbe(is->length);
      return 0;
      // value 比最小元素还小
      } else if (value < _intsetGet(is,0)) {
      if (pos) *pos = 0;
      return 0;
      }
   }
   // 熟悉的二分查找
   while(max >= min) {
      mid = (min+max)/2;
      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;
   }
}

intset 插入

intset 实现中比较有意思的是插入算法部分。

/* 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. */
    // 需要插入整数的所需内存超出了原有集合整数的范围,即内存类型不同,
    // 则升级整数类型
    if (valenc > intrev32ifbe(is->encoding)) {
    /* This always succeeds, so we don't need to curry *success. */
        return intsetUpgradeAndAdd(is,value);
    // 正常,分配内存,插入
    } else {
    // intset 内部不允许重复
    /* 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;
    }
    // realloc
    is = intsetResize(is,intrev32ifbe(is->length)+1);
    // 迁移内存,腾出空间给新的数据。intsetMoveTail() 完成内存迁移工作
    if (pos < intrev32ifbe(is->length)) intsetMoveTail(is,pos,pos+1);
    }
    // 在腾出的空间中设置新的数据
        _intsetSet(is,pos,value);
    // 更新intset size
        is->length = intrev32ifbe(intrev32ifbe(is->length)+1);
    return is;
}

整数数组有可能遇到需要升级的时候,譬如往 int32_t 数组插入一个 ing64_t 整数的时候。当插入数据的内存占用比原有数据大的时候,intsetUpgradeAndAdd() 会被调用。

/* 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);
    // value<0 头插,value>0 尾插
    int prepend = value < 0 ? 1 : 0;
    // realloc
    /* First set new encoding and resize */
    is->encoding = intrev32ifbe(newenc);
    is = intsetResize(is,intrev32ifbe(is->length)+1);
    // 逆向处理,防止数据被覆盖,一般的插入排序步骤
    /* 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));
    // value<0 放在集合开头,否则放在集合末尾。
    // 因为,此函数是对整数所占内存进行升级,意味着value 不是在集合中最大就是最小!
    /* Set the value at the beginning or the end. */
    if (prepend)
        _intsetSet(is,0,value);
    else
        _intsetSet(is,intrev32ifbe(is->length),value);
    // 更新set size
        is->length = intrev32ifbe(intrev32ifbe(is->length)+1);
    return is;
}