Redis原理：IntSet

（笔记总结自b站黑马程序员课程）

一、结构

IntSet是Redis中set集合的一种实现方式，基于整数数组来实现，并且具备长度可变、有序等特征。 结构如下：

typedef struct intset {
    uint32_t encoding; //编码方式
    uint32_t length; //元素个数
    int8_t contents[]; //整数数组
} intset;

注意整数数组记录的是每一个数的起始地址，决定数字长度是编码方式。

其中的encoding包含三种模式，表示存储的整数大小不同：

#define INTSET_ENC_INT16 (sizeof(int16_t))
#define INTSET_ENC_INT32 (sizeof(int32_t))
#define INTSET_ENC_INT64 (sizeof(int64_t))

为了方便查找，Redis会将intset中所有的整数按照升序依次保存在contents数组中，结构如图：

现在，数组中每个数字都在int16_t的范围内，因此采用的编码方式是INTSET_ENC_INT16，每部分占用的字节大小为：

①encoding：4字节（固定）

②length：4字节（固定）

③contents：2字节 * 3 = 6字节  

二、扩展 

我们向该其中添加一个数字：50000，这个数字超出了int16_t的范围，intset会自动升级编码方式到合适的大小。 以当前案例来说流程如下：

• 升级编码为INTSET_ENC_INT32, 每个整数占4字节，并按照新的编码方式及元素个数扩容数组

• 倒序依次将数组中的元素拷贝到扩容后的正确位置（倒序可以规避数据覆盖问题）

• 将待添加的元素放入数组末尾

• 最后，将inset的encoding属性改为INTSET_ENC_INT32，将length属性改为4

三、源码

源码理解就行，注意插入数据底层用到了二分查找的算法。

插入新数据：

/* Insert an integer in the intset */
intset *intsetAdd(intset *is, int64_t value, uint8_t *success) {
    //获取当前值编码
    uint8_t valenc = _intsetValueEncoding(value);
    //要插入的位置
    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. */
    //判断编码是否超过当前intset的编码
    if (valenc > intrev32ifbe(is->encoding)) {
        //超出编码，需要升级
        /* This always succeeds, so we don't need to curry *success. */
        return intsetUpgradeAndAdd(is,value);
    } else {
        //在当前intset中查找值与value一样元素的角标pos
        /* 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; //如果找到了，则无需插入，直接结束并返回失败
            return is;
        }
 
        //数组扩容
        is = intsetResize(is,intrev32ifbe(is->length)+1);
        //移动数组中pos之后的元素到pos+1，给新元素腾出空间
        if (pos < intrev32ifbe(is->length)) intsetMoveTail(is,pos,pos+1);
    }
    //插入新元素
    _intsetSet(is,pos,value);
    //重置元素长度
    is->length = intrev32ifbe(intrev32ifbe(is->length)+1);
    return is;
}

升级编码方式：

/* Upgrades the intset to a larger encoding and inserts the given integer. */
static intset *intsetUpgradeAndAdd(intset *is, int64_t value) {
    //获取当前inset编码
    uint8_t curenc = intrev32ifbe(is->encoding);
    //获取新编码
    uint8_t newenc = _intsetValueEncoding(value);
    int length = intrev32ifbe(is->length); //获取元素个数
    //判断新元素是大于0还是小于0，小于0插入队首，大于0插入队尾
    int prepend = value < 0 ? 1 : 0;
 
    //重置编码为新编码
    /* First set new encoding and resize */
    is->encoding = intrev32ifbe(newenc);
    //重置数组大小
    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. */
    //倒序遍历，诸葛搬运元素到新的位置
    while(length--)
        _intsetSet(is,length+prepend,_intsetGetEncoded(is,length,curenc));
 
    /* Set the value at the beginning or the end. */
    //插入新元素，prepend决定是队首还是队尾
    if (prepend)
        _intsetSet(is,0,value);
    else
        _intsetSet(is,intrev32ifbe(is->length),value);
    //修改数组长度
    is->length = intrev32ifbe(intrev32ifbe(is->length)+1);
    return is;
}

四、总结

Intset可以看做是特殊的整数数组，具备一些特点：

• Redis会确保Intset中的元素唯一、有序

• 具备类型升级机制，可以节省内存空间

• 底层采用二分查找方式来查询

注意：一般适合在数据量不是很多的情况下使用