redis原始碼分析 intset 整型集合

intset，一種特殊的set資料結構,由多個整型元素組成。intset也是乙個有序整型集合，其內部設計非常精巧。

與往常一樣，先了解intset資料結構：

typedef
struct intset  intset;

intset結構由encoding、length、contents3個屬性構成。

encoding: 顧名思義，intset編碼。redis根據整型位數將intset分為intset_enc_int16、intset_enc_int32、intset_enc_int64三種編碼。

encoding

型別位元組

intset_enc_int16

int16_t

2intset_enc_int32

int32_t

4intset_enc_int64

int64_t8

length: 集合元素大小,時間複雜度由o(n)->o(1)。

contents: 元素陣列。

上文簡單介紹intset資料結構，下面將通過幾個主要的api深入分析其內部原理。

intsetnew：建立乙個整型集合，指定預設編碼為intset_enc_int16。

intset *intsetnew(void)

intsetadd: 將新元素新增至集合，成功返回 1，失敗返回0。

intset *intsetadd(intset *is, int64_t value, uint8_t *success)  else         
is = intsetresize(is,intrev32ifbe(is->length)+1);
//移動pos之後的元素，為新元素騰出空間 
if (pos < intrev32ifbe(is->length)) intsetmovetail(is,pos,pos+1);
}_intsetset(is,pos,value);
is->length = intrev32ifbe(intrev32ifbe(is->length)+1);
return is;
}

intsetadd執行流程如下：

a). 首先，通過呼叫_intsetvalueencoding得到value合適的編碼valenc。

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;

b). 其次，比較新元素的編碼valenc與當前集合的編碼is->encoding。1).valenc>is->encoding：表明當前集合無法儲存新元素，需對集合進行公升級。

2).valenc<=is->encoding：此時，集合無需公升級。優先判斷新元素是否存在。若存在，則return；反之，擴充集合空間，為新元素騰出位置，最後新增新元素。

intsetadd內部呼叫多個函式，其中intsetupgradeandadd、intsetsearch、intsetmovetail尤為關鍵，在整個intset相關操作中，起到「承上啟下」的作用，能突出地體現intset的設計思想與靈魂。

intsetupgradeandadd：僅供內部使用，其功能是對集合進行公升級，並新增新元素。

static intset *intsetupgradeandadd(intset *is, int64_t value)

執行流程：擴充集合空間（intsetresize）->集合元素設定新編碼（_intsetset）->向集合頭/尾部新增新元素（_intsetset）。

新元素的位置是由prepend變數控制。而prepend是根據 value 值定義的。

當value<0 時，表明 value 小於當前集合所有元素 , 系統將 value 作為集合第乙個元素。

當value>=0時, 表明 value 大於當前集合所有元素 , 系統將 value 新增到集合的尾部。

intsetsearch: 查詢集合元素，判斷value是否已存在。若元素存在，則返回1; 反之, 返回0。

static uint8_t intsetsearch(intset *is, int64_t value, uint32_t *pos)  else  else
if (value < _intsetget(is,0)) 
}//採用二分查詢演算法進行搜尋
while(max >= min)  else
if (value < cur)  else 
}if (value == cur)  else 
}

intsetsearch使用」二分查詢」演算法「進行搜尋。

因此，可以推斷出,intset是一種有序的集合。當元素存在時，pos代表該元素所在的集合下標。當元素不存在時，pos表示該元素新增的位置。

intsetmovetail: 同樣僅供內部呼叫，其實現「移動集合元素」的功能。

static
void intsetmovetail(intset *is, uint32_t from, uint32_t to)  else
if (encoding == intset_enc_int32)  else 
memmove(dst,src,bytes);
}

intsetmovetail將集合from位置之後的元素移至 to位置，內部使用c語言memmove函式保證移動過程中資料的完整性。下面給出簡單的例項。

回顧intsetadd整個流程，可以看出集合始終保持有序的結構。內部使用二分查詢演算法，定位新元素的位置。

當新元素編碼 > 集合編碼時，表明集合需要公升級，同時根據新元素值來確定所新增的位置（頭部或尾部）。

當新元素編碼<=集合編碼時，表明集合無需公升級，系統會將集合大於value的元素往後移動一位，為新元素騰出空間。

intsetremove：從集合移除某個元素。

intset *intsetremove(intset *is, int64_t value, int *success) 
return is;
}

從上面的**可以看出，intsetremove設計非常巧妙。首先，通過判斷value編碼過濾一部分無效的搜尋。當value編碼在集合範圍內時，才會intsetsearch進行查詢。當找到元素時，將pos之後的元素向前移動乙個單元。最後，重置集合大小並設定集合長度。

intsetfind ：從集合查詢元素，內部呼叫intsetsearch方法。

uint8_t intsetfind(intset *is, int64_t value)

intset內部只有」編碼公升級」的過程，沒有」降級」的操作。當將唯一乙個高位元素從將集合移除時，此時，集合不會轉換為低位編碼集合。

1. intset 是一種有序的整型集合，共有 `intset_enc_int16`、`intset_enc_int32`、`intset_enc_int64` 編碼型別。 2. intset `length` 屬性記了錄集合的大小。 3. intset 內部採用`二分查詢演算法` 定位元素。 4. intset 只會公升級，不會降級。當將乙個高位元素新增到低編碼集合時，此時，需要對集合進行公升級。

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