1. 介绍
整数集合（intset）是集合键的底层实现之一，当一个集合只包含整数值元素，并且这个集合的元素数量不多时，Redis就会使用整数集合作为集合键的底层实现.
intset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.
2. 整数集合的实现
Redis中inset结构定义在intset.h和intset.c中.
// 16位，2个字节，表示范围-32,768~32,767
#define INTSET_ENC_INT16 (sizeof(int16_t))
// 32位，4个字节，表示范围-2,147,483,648~2,147,483,647
#define INTSET_ENC_INT32 (sizeof(int32_t))
// 64位，8个字节，表示范围-9,223,372,036,854,775,808~9,223,372,036,854,775,807
#define INTSET_ENC_INT64 (sizeof(int64_t))
// 整数集合
typedef struct intset {
// 编码方式
uint32_t encoding;
// 集合元素数量
uint32_t length;
// 保存元素的数组，元素类型并不一定是ini8_t类型
int8_t contents[];
} intset;
- encoding属性表示contents数组储存元素的类型，虽然intset结构把contents属性声明为int8_t类型的数组，但是可以看源码中的宏定义，其实contents并不保存int8_t类型的元素. 只保存范围更大的三种类型.
- length属性记录的是contents数组的长度.
- contents数组保存实际的元素，各个元素从小到大有序地排列.
如下图，分别是一个储存INTSET_ENC_INT16类型和一个储存INTSET_ENC_INT64类型的整数集合：
3. 升级
每当我们要将一个新元素添加到整数集合里面，并且新元素的类型比整数集合现有所有元素的类型都要长时，整数集合需要先进行升级（upgrade），然后才能将新元素添加到整数集合里面.
3.1 升级步骤
升级三步骤
1、 根据新元素的类型，扩展整数集合底层数组的空间大小，并为新元素分配空间.；
2、 将底层数组现有的所有元素都转换成与新元素相同的类型，并将类型转换后的元素放置到正确的位上，而且在放置元素的过程中，需要继续维持底层数组的有序性质不变.；
3、 将新元素添加到底层数组里面.；
比如现在要向一个储存int16_t类型的整数集合中添加一个int32_t类型的元素：
每个元素占用16位，一共是3 * 16 = 48位，下图是每个元素在这48位里的位置：
现在我们要插入一个整数值65535，它是int32_t类型的，所以程序需要对整数集合进行升级.
第一步是扩展整数集合底层数组的空间大小，并为新元素分配空间，int32_t类型的元素占32位空间，所以新数组一共占4 * 32 = 128位空间，如下图所示：
第二步是将原来数组中的元素转换成int32_t类型，然后将转换后的元素放到正确的位上面：
第三步是将新元素添加到底层数组里面：
最后将整数集合的encoding属性的值从INTSET_ENC_INT16改为INTSET_ENC_INT32，然后将length属性的值从3改为4.
设置完之后的整数集合如图所示：
3.2 升级的优点
3.2.1 提升灵活性
因为C语言是静态类型语言，为了避免类型错误，我们通常不会将两种不同类型的值放在同一个数据结构里面.
但是，因为整数集合可以通过自动升级底层数组来适应新元素，所以我们可以随意地将int16_ t、int32_t或者int64_t类型的整数添加到集合中，而不必担心出现类型错误，这种做法非常灵活.
3.2.2 节约内存
整数集合既可以让集合能同时保存三种不同类型的值，又可以确保升级操作只会在有需要的时候（添加更大类型的值）进行，这可以尽量节省内存.
3.3 升级源码
获取新元素的编码
// 下述宏定义在stdint.h文件中
#define INT16_MAX INT16_C(32767)
#define INT16_MIN (-INT16_C(32767)-1)
# define INT32_MAX INT32_C(2147483647)
# define INT32_MIN (-INT32_C(2147483647)-1)
// 返回合适v的编码方式
static uint8_t _intsetValueEncoding(int64_t v) {
// 如果超出32位所能表示数值的范围则返回 INTSET_ENC_INT64
if (v < INT32_MIN || v > INT32_MAX)
return INTSET_ENC_INT64;
// 如果超出16位所能表示数值的范围则返回 INTSET_ENC_INT32
else if (v < INT16_MIN || v > INT16_MAX)
return INTSET_ENC_INT32;
else
return INTSET_ENC_INT16;
}
重新分配内存空间
intrev32ifbe()函数定义在endianconv.h文件中，目的是将大端字节序转换为小端字节序，使得使用大端字节序的机器也能正常使用Redis.
// 调整集合的内存空间大小
static intset *intsetResize(intset *is, uint32_t len) {
// 计算数组的大小
uint32_t size = len*intrev32ifbe(is->encoding);
// 分配空间
is = zrealloc(is,sizeof(intset)+size);
return is;
}
获取指定下标的值
// 根据编码方式enc，返回在集合is中下标为pos的元素
static int64_t _intsetGetEncoded(intset *is, int pos, uint8_t enc) {
int64_t v64;
int32_t v32;
int16_t v16;
if (enc == INTSET_ENC_INT64) {
// 从下标pos开始的内存空间拷贝64bit的数据到v64
memcpy(&v64,((int64_t*)is->contents)+pos,sizeof(v64));
memrev64ifbe(&v64);
return v64;
} else if (enc == INTSET_ENC_INT32) {
// 从下标pos开始的内存空间拷贝32bit的数据到v32
memcpy(&v32,((int32_t*)is->contents)+pos,sizeof(v32));
memrev32ifbe(&v32);
return v32;
} else {
//16位编码
// 从下标pos开始的内存空间拷贝16bit的数据到v16
memcpy(&v16,((int16_t*)is->contents)+pos,sizeof(v16));
memrev16ifbe(&v16);
return v16;
}
}
设置下标pos的值为value
这个函数实际上就是把原来的元素转换成新的编码类型，然后将转换后的元素放到正确的位上面.
// 根据集合is设置的编码方式，设置下标为pos的值为value
static void _intsetSet(intset *is, int pos, int64_t value) {
// 获取集合设置的编码方式
uint32_t encoding = intrev32ifbe(is->encoding);
if (encoding == INTSET_ENC_INT64) {
// 设置下标pos的值为value
// 这里contents数组已经被 (int64_t*) 强制转化成了新的编码类型，做赋值的时候，value也会被转化成对应的类型
((int64_t*)is->contents)[pos] = value;
// 转换大小端
memrev64ifbe(((int64_t*)is->contents)+pos);
} else if (encoding == INTSET_ENC_INT32) {
((int32_t*)is->contents)[pos] = value;
memrev32ifbe(((int32_t*)is->contents)+pos);
} else {
((int16_t*)is->contents)[pos] = value;
memrev16ifbe(((int16_t*)is->contents)+pos);
}
}
升级
// 根据value的编码方式，对整数集合is的编码格式升级
static intset *intsetUpgradeAndAdd(intset *is, int64_t value) {
// 当前集合的编码方式
uint8_t curenc = intrev32ifbe(is->encoding);
// 得到value合适的编码方式
uint8_t newenc = _intsetValueEncoding(value);
// 集合元素数量
int length = intrev32ifbe(is->length);
// 如果value小于0，则要将value添加到数组最前端，因此为移动1个编码长度
int prepend = value < 0 ? 1 : 0;
// 更新集合is的编码方式
is->encoding = intrev32ifbe(newenc);
// 根据新的编码方式重新设置内存空间大小
is = intsetResize(is, intrev32ifbe(is->length)+1);
// 从后往前开始升级，可以使值不会被覆盖
//_intsetGetEncoded() 得到下标为length的值
//_intsetSet() 把原来的元素转换成新的编码类型，然后将转换后的元素放到正确的位上面
// 如果是负数，prepend就等于1，原来的元素刚好都向后移动一个位置
while(length--)
_intsetSet(is,length+prepend,_intsetGetEncoded(is,length,curenc));
// 在开头或者结尾放置新值
// value是负数，要放在最前端
if (prepend)
// 设置下标为0的值为value
_intsetSet(is,0,value);
else
// value为正数，设置最末尾+1的值为value
_intsetSet(is,intrev32ifbe(is->length),value);
// 数组元素加1
is->length = intrev32ifbe(intrev32ifbe(is->length)+1);
return is;
}
4. 降级
整数集合不支持降级操作，一旦对数组进行了升级，编码就会一直保持升级后的状态.
5. 部分源码剖析
5.1 创建一个空集合
// 创建一个空集合
intset *intsetNew(void) {
// 分配空间
intset *is = zmalloc(sizeof(intset));
// 设置编码方式，默认为 INTSET_ENC_INT16
is->encoding = intrev32ifbe(INTSET_ENC_INT16);
// 集合为空
is->length = 0;
return is;
}
5.2 查找元素
// 返回1表示value是集合中的元素，否则返回0
uint8_t intsetFind(intset *is, int64_t value) {
// 获得value适合的编码类型
uint8_t valenc = _intsetValueEncoding(value);
// 如果value的编码格式小于集合的编码格式且value在集合中已存在，返回1，其中任何一个不成立返回0
return valenc <= intrev32ifbe(is->encoding) && intsetSearch(is,value,NULL);
}
// 找到is集合中值为value的下标，返回1，并保存在pos中，没有找到返回0，并将pos设置为value可以插入到数组的位置
// 因为集合是有序的，所以使用的是二分查找
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;
// 空集合返回0
if (intrev32ifbe(is->length) == 0) {
if (pos) *pos = 0;
return 0;
} else {
// value不在数组区间中的情况
// value大于数组中的最大值
if (value > _intsetGet(is,intrev32ifbe(is->length)-1)) {
// 将pos设置为数组末尾
if (pos) *pos = intrev32ifbe(is->length);
return 0;
// value小于数组的最小值
} else if (value < _intsetGet(is,0)) {
// pos可以是下标为0的位置
if (pos) *pos = 0;
return 0;
}
}
// 有序集合中进行二分查找
while(max >= min) {
// (min + max) / 2，找到中间数的下标
mid = ((unsigned int)min + (unsigned int)max) >> 1;
// 获得下标为mid的值cur
cur = _intsetGet(is,mid);
if (value > cur) {
min = mid+1;
} else if (value < cur) {
max = mid-1;
} else {
break;
}
}
// 找到这个值
if (value == cur) {
// 设置pos为找到的位置，返回1
if (pos) *pos = mid;
return 1;
} else {
// 此时min和max相等，所以pos可以设置为min或max，返回0
if (pos) *pos = min;
return 0;
}
}
5.3 移动元素
// 向前或向后移动指定下标范围内的数组元素
// 插入或者删除元素会使用这个API
static void intsetMoveTail(intset *is, uint32_t from, uint32_t to) {
void *src, *dst;
// 获得要移动的元素的个数
uint32_t bytes = intrev32ifbe(is->length)-from;
// 获得集合is的默认编码方式
uint32_t encoding = intrev32ifbe(is->encoding);
// 判断不同的编码格式
if (encoding == INTSET_ENC_INT64) {
// 获得要被移动范围的起始地址
src = (int64_t*)is->contents+from;
// 获得要被移动到的目的地址
dst = (int64_t*)is->contents+to;
// 计算要移动多少个字节
bytes *= sizeof(int64_t);
} else if (encoding == INTSET_ENC_INT32) {
src = (int32_t*)is->contents+from;
dst = (int32_t*)is->contents+to;
bytes *= sizeof(int32_t);
} else {
src = (int16_t*)is->contents+from;
dst = (int16_t*)is->contents+to;
bytes *= sizeof(int16_t);
}
// 从src开始移动bytes个字节到dst
// C语言库函数
memmove(dst,src,bytes);
}
5.4 添加元素
// 将value添加到is集合中，如果成功success被设置为1否则为0
intset *intsetAdd(intset *is, int64_t value, uint8_t *success) {
// 获得value适合的编码类型
uint8_t valenc = _intsetValueEncoding(value);
uint32_t pos;
// 设置success默认为1
if (success) *success = 1;
// 如果value的编码类型大于集合的编码类型
if (valenc > intrev32ifbe(is->encoding)) {
// 升级集合，并且将value加入集合，该步骤必定成功
return intsetUpgradeAndAdd(is,value);
} else {
// 查找value，若果value已经存在，intsetSearch返回1,如果不存在，pos保存value可以插入的位置
if (intsetSearch(is,value,&pos)) {
// value存在，success设置为0
if (success) *success = 0;
return is;
}
//value在集合中不存在，且pos保存可以插入的位置
// 调整集合大小
is = intsetResize(is,intrev32ifbe(is->length)+1);
// 如果pos不是在数组末尾则要移动调整集合
if (pos < intrev32ifbe(is->length)) intsetMoveTail(is,pos,pos+1);
}
// 设置pos下标的值为value
_intsetSet(is,pos,value);
// 集合节点数量加1
is->length = intrev32ifbe(intrev32ifbe(is->length)+1);
return is;
}
5.5 删除元素
// 从集合中删除value，删除成功success设置为1，失败为0
intset *intsetRemove(intset *is, int64_t value, int *success) {
// 获得value适合的编码类型
uint8_t valenc = _intsetValueEncoding(value);
uint32_t pos;
// 设置success默认为0
if (success) *success = 0;
// 如果value的编码格式小于集合的编码格式且value在集合中已存在，pos保存着下标
if (valenc <= intrev32ifbe(is->encoding) && intsetSearch(is,value,&pos)) {
// 备份当前集合元素数量
uint32_t len = intrev32ifbe(is->length);
// 删除成功，设置success为1
if (success) *success = 1;
// 如果不是最后一个元素，则移动元素覆盖掉被删除的元素
if (pos < (len-1)) intsetMoveTail(is,pos+1,pos);
// 缩小大小
is = intsetResize(is,len-1);
// 更新集合元素个数
is->length = intrev32ifbe(len-1);
}
return is;
}