面试官:有一种数据类型,Redis 要存两次,为什么?(1)

简介: 在 Redis 中,有一种数据类型,当在存储的时候会同时采用两种数据结构来进行分别存储,那么 Redis 为什么要这么做呢?这么做会造成同一份数据占用两倍空间吗?

前言

在 Redis 中,有一种数据类型,当在存储的时候会同时采用两种数据结构来进行分别存储,那么 Redis 为什么要这么做呢?这么做会造成同一份数据占用两倍空间吗?


五种基本类型之集合对象

Redis 中的集合对象是一个包含字符串类型元素的无序集合,集合中元素唯一不可重复。


集合对象的底层数据结构有两种:intset 和 hashtable。内部通过编码来进行区分:

image.png

intset 编码

intset(整数集合)可以保存类型为 int16_tint32_tint64_t 的整数值,并且保证集合中没有重复元素。

intset 数据结构定义如下(源码 inset.h 内):

typedef struct intset {
    uint32_t encoding;//编码方式
    uint32_t length;//当前集合中的元素数量
    int8_t contents[];//集合中具体的元素
} intset;

下图就是一个 intset 的集合对象存储简图:

image.png

encoding

在 intset 内部的 encoding 记录了当前整数集合的数据存储类型,主要有三种:

  • INTSET_ENC_INT16

此时 contents[] 内的每个元素都是一个 int16_t 类型的整数值,范围是:-32768 ~ 32767(-2 的 15 次方 ~ 2 的 15 次方 - 1)。

  • INTSET_ENC_INT32

此时 contents[] 内的每个元素都是一个 int32_t 类型的整数值,范围是:-2147483648 ~ 2147483647(-2 的 31 次方 ~ 2 的 31 次方 - 1)。

  • INTSET_ENC_INT64

此时 contents[] 内的每个元素都是一个 int64_t 类型的整数值,范围是:-9223372036854775808 ~ 9223372036854775807(-2 的 63 次方 ~ 2 的 63 次方 - 1)。


contents[]

contents[] 虽然结构的定义上写的是 int8_t 类型,但是实际存储类型是由上面的 encoding 来决定的。

整数集合的升级

假如一开始整数集合中的元素都是 16 位的,采用 int16_t 类型来存储,此时需要再存储一个 32 位的整数,那么就需要对原先的整数集合进行升级,升级之后才能将 32 位的整数存储到整数集合内。这就涉及到了整数集合的类型升级,升级过程主要有 4 个步骤:


  • 根据新添加元素的类型来扩展底层数组空间的大小,按照升级后现有元素的位数来分配新的空间。
  • 将现有的元素进行类型转换,并将转换类型后的元素从后到前逐个重新放回到数组内。
  • 将新元素放到数组的头部或者尾部(因为触发升级的条件就是当前数组的整数类型无法存储新元素,所以新元素要么比现有元素都大,要么就比现有元素都小)。
  • 将 encoding 属性修改为最新的编码,并且同步修改 length 属性。

PS:和字符串对象的编码一样,整数集合的类型一旦发生升级,将会保持编码,无法降级。

升级示例

1.假如我们有一个集合存储的 encoding 是 int16_t,内部存储了 3 个元素:

image.png

2.这时候需要插入一个整数 50000,发现存储不下去,而 50000 是一个 int32_t 类型整数,所以需要申请新空间,申请空间大小为 4 * 32 - 48=80

image.png

3.现在新的数组内要放置 4 个元素,原来的数组排在第 3,所以需要将升级后的 3 移动到 64-95 位。

image.png

4.继续将升级后的 2 移动到 32-63 位。

image.png

5.继续将升级后的 1 移动到 0-31 位。

image.png

6.然后会将 50000 放到 96-127 位。

image.png

7.最后会修改 encoding 和 length 属性,修改之后就完成了本次的升级。

hashtable 编码

hashtable 结构在前面讲述哈希对象的时候进行过详细分析,想详细了解的可以点击这里。

intset 和 hashtable 编码转换

当一个集合满足以下两个条件时,Redis 会选择使用 intset 编码:

  • 集合对象保存的所有元素都是整数值。
  • 集合对象保存的元素数量小于等于 512 个(这个阈值可以通过配置文件 set-max-intset-entries 来控制)。

一旦集合中的元素不满足上面两个条件,则会选择使用 hashtable 编码。

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