Redis05-Redis的数据结构之整数集合

前言

前面我们学习了Redis04-Redis的数据结构之跳表，跳表这种数据结构，这篇我文章我们来学习另外一种数据结构----整数集合。

整数集合的概念

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，它可以保存的类型为int16t、int32t或者int64_t的整数值，集合中不允许有重复元素，Redis除了支持集合内的增删改查，同时还支持多个集合的交并集操作，合理地使用集合可以在实际开发中解决很多实际问题。

常用命令

集合内的操作

• 添加元素： sadd key element[element...]，返回结果为添加成功的元素个数。
• 删除元素： srem key element[element...]，返回结果为成功删除的元素个数。
• 计算元素个数： scard key，该命令的实际复杂度为O(1)，不会遍历集合中所有元素，而是直接使用Redis的内部变量。
• 判断元素是否在集合中： slsmember key element，存在则返回1，否则返回0；
• 随机从集合中返回指定个数的元素： srandmember key[count]；
• 从集合随机弹出元素： spop key；
• 获取全部元素: smembers key;

集合间操作

• 取交集： sinter key[key...]
• 取并集 sunion key[key...]
• 取差集： sdiff key[key...]

整数集合的实现

整数集合（intset）是Redis用于保存整数值的集合抽象数据结构，它可以保存类型为int6t、int32t或者int64_t的整数值，并且保证集合中不会出现重复元素。

1. typedef struct intset {
2. // 编码方式
3. uint32_t encoding;
4. // 集合包含的元素数量
5. uint32_t length;
6. // 保存元素的数组
7. int8_t contents[];
8. } intset;

contents 数组是整数集合的底层实现，整数集合的每个元素都是contents数组的一个数组项（item），各个项在数组中按值的大小从小到大的有序排列，并且数组中不包括任何重复项。length属性记录了整数集合包含的元素数量，也即是contents数组的长度。虽然intset结构将contents属性声明为int8t类型的数组，但实际上contents数组并不保存任何int8t类型的值，contents数组的整数类型取决于encoding属性的值。

• 如果encoding属性的值INTSETENCINT16，那么contents就是一个int16t类型的数组，数组里的每个项都是一个int16t类型的整数值（最少值为 -32768，最大值为 32767）。
• 如果encoding属性的值为INTSETENCINT32，那么contents就是一个int32t类型的数组，数组里的每个项都是一个int32t类型的整数值（最小值为-2147483648，最大值为2147483647）。
• 如果encoding属性的值为INTSETENCINT64，那么contents就是一个int64t类型的数组，数组里的每个项都是一个int64t类型的整数值（最小值为-9223372036854775808，最大值为9223372036854775807）。

举个例子

如上图所示，encoding属性的值为INTSETENCINT16，表示整数集合的底层实现为int16类型的数组，而集合保存的都是int16t类型的整数值。length属性的值为5，表示整数集合包含五个元素。content数组按从小到大的顺序保存着集合中的五个元素。因为每个集合元素都是int16t类型的整数值，所以contents数组的大小等于 size of(int16_t)*5=80位

整数集合的升级

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，整数集合需要进行升级（upgrade），然后才能将新元素添加到整数集合里面。

升级整数集合并添加新元素共分为三步进行

1. 根据新元素的类型，扩展整数集合数组的空间大小，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新元素相同的类型，并将类型转换后的元素放置在正确的位置上，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不变。
3. 将新元素添加到底层数组里面。

升级的好处

1. 提升灵活性 因为整数集合可以通过自动升级底层数组类型适应新元素，所以我们可以随意地将int16t、int32t或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。
2. 节约内存 要让一个数组可以同时保存int16t、int32t、int64t三种类型的值，最简单的做法就是直接使用int64t类型的数组作为整数集合的底层实现，不过这样一来，即使添加到整数集合里面的都是int16t类型或者int32t类型的值，数组都需要使用int64_t类型的空间去保存他们，从而出现了浪费内存的情况。

使用场景

集合类型典型的使用场景就是标签功能（tag），标签数据对用户体验以及增强用户粘度比较重要。下面简单介绍如何使用集合类型实现标签功能的若干功能：

1. 给用户添加标签

1. sadd user:1:tags tag1 tag2 tag3
2. sadd user:2:tags tag1 tag2 tag4
3. ...
4. sadd user:3:tags tag1 tag2 tag5
5. 给标签添加用户

1. sadd tag1:users user:1 user:2
2. sadd tag2:users user:1 user:3
3. ...
4. sadd tag3:users user:1 user:4
5. 删除用户下的标签

1. srem user:1:tags tag1 tag5
2. 计算用户共同感兴趣的标签

1. sinter user:1:tags user:2:tags

总结

本文简单介绍了整数集合这种数据结构，整数集合是集合键的底层实现之一，是专门用来存储整数的，整数集合的底层实现是数组，这个数组以有序，无重复的方式保存集合元素，在有需要时，程序为会根据新添加元素的类型，改变这个数组的类型，升级操作为整数集合带来了操作上的灵活性，并且尽可能节约了内存。

译