引言
作為Redis中最節省內存的數據結構之一，整數集合（intset） 專門用于高效存儲整型數據。但你可能不知道，它背后藏著一個精妙的「動態升級」機制——能在不浪費內存的前提下，靈活適配不同大小的整數。今天我們就來扒開這層神秘面紗，徹底搞懂它的升級策略！
一、先搞清楚：intset到底是啥？
在Redis中，當存儲的整型數據比較「緊湊」（比如都是小整數）時，不會直接用普通的數組或哈希表，而是用更高效的 intset。它的核心設計目標就一個：用最小的內存存最多的整數。
1.1 intset的底層數組結構
整數集合的底層結構定義（簡化版）如下：
typedef struct intset {uint32_t encoding; // 編碼類型，決定元素的實際類型（如 INTSET_ENC_INT16/INT32/INT64）uint32_t length; // 集合中元素的個數int8_t contents[]; // 存儲元素的數組（實際類型由 encoding 決定）
} intset;
intset 的底層是一個數組（contents[]），但和普通數組不同，它的元素類型不是固定的，而是由一個「編碼標識」（encoding）動態決定的。這個 encoding 有三種可能：
INTSET_ENC_INT16：元素是16位有符號整數（范圍：-32768 ~ 32767），每個元素占2字節；INTSET_ENC_INT32：元素是32位有符號整數（范圍：-2^31 ~ 2^31-1），每個元素占4字節；INTSET_ENC_INT64：元素是64位有符號整數（范圍：-2^63 ~ 2^63-1），每個元素占8字節。
舉個栗子：如果一個 intset 的 encoding 是 INTSET_ENC_INT16，那它的 contents 數組里存的每個數都是16位的，占2字節。
1.2 為什么需要升級？內存優化的核心
假設你有一個 intset，初始存儲的都是1000以內的小整數（完全在int16范圍內），這時候用int16編碼，每個元素只占2字節，內存利用率極高。但如果突然要插入一個40000的數（超過int16的最大值32767），這時候怎么辦？
直接擴容數組？不行！ 因為int16的數組每個位置只能存2字節，40000用int16存會溢出（變成負數）。所以必須升級 encoding 到更大的類型（比如int32），讓所有元素都能被正確存儲。
這就是 intset 升級的核心意義：動態調整編碼類型，用最小的內存兼容所有元素。
二、升級什么時候觸發？惰性策略的智慧
intset 的升級不是「每次插入都檢查」，而是「按需觸發」——只有當你插入一個「當前編碼存不下」的整數時，才會觸發升級。這種「惰性策略」能避免頻繁的內存分配和數據遷移，提升性能。
觸發條件示例：
- 當前
encoding是INTSET_ENC_INT16（存16位整數），插入一個32768（超過int16最大值32767）→ 觸發升級到INTSET_ENC_INT32； - 當前
encoding是INTSET_ENC_INT32，插入一個2^32（超過int32最大值2147483647）→ 觸發升級到INTSET_ENC_INT64； - 插入的數在當前編碼范圍內（比如int16存20000）→ 不升級，直接插入。
三、升級全過程拆解：從int16到int32的「變身」
升級過程聽起來簡單，但背后涉及內存分配、數據類型轉換、元素遷移等步驟。我們以「int16升級到int32」為例，一步步看：
3.1 步驟1：確定目標編碼類型
首先得判斷新插入的數需要多大的空間。比如插入40000，它超過了int16的范圍（-3276832767），但能被int32容納（-2^312^31-1），所以目標編碼是 INTSET_ENC_INT32。
3.2 步驟2：計算新內存大小
原來的 intset 有3個int16元素（每個2字節），總內存是3×2=6字節。現在要插入1個int32元素（4字節），所有元素都要轉為int32（每個占4字節），所以新內存大小是（3+1）×4=16字節。
3.3 步驟3：分配新內存并遷移數據
這一步是關鍵！Redis會做兩件事：
- 分配新內存：根據計算出的16字節，申請一塊新的連續內存空間；
- 轉換并復制舊數據：把原來的3個int16元素逐個轉為int32（比如10→(int32_t)10，值不變但類型升級），復制到新內存中。
3.4 步驟4：插入新元素并保持有序
intset 中的元素始終是升序排列的（方便二分查找）。所以插入40000時，需要找到正確的位置（這里應該是最后），插入后數組變為 [10, 20, 30, 40000]。
3.5 步驟5：更新元數據
最后，把 encoding 改為 INTSET_ENC_INT32，length 加1（現在集合有4個元素）。至此，升級完成！
四、升級的三大關鍵特性：為什么這樣設計？
4.1 類型一致性：升級后「一刀切」
升級完成后，集合里所有元素的類型都統一為目標編碼。比如從int16升級到int32后，后續插入的元素如果超過int32范圍，會再次觸發升級到int64。這保證了數據存儲的一致性，避免了混合類型的復雜處理。
4.2 內存優化：用多少，擴多少
升級只在必要時觸發，避免了「為了存大數而預分配大內存」的浪費。比如存1000個int16整數，只需要2000字節；如果提前升級到int32，就需要4000字節——顯然前者更省內存。
4.3 不可降級：升級容易，降級難
一旦升級到更大的編碼（比如int16→int32），即使后續刪除了所有大整數，encoding 也不會降回去。這是Redis的「性能妥協」：頻繁檢查是否可降級會增加開銷，而保留大編碼對后續插入大數更友好（不需要再次升級）。
五、示例演示：直觀感受升級過程
假設我們有一個初始狀態為 INTSET_ENC_INT16 的 intset，存儲 [10, 20, 30]（3個元素，內存6字節）：
場景1：插入int16范圍內的數（如25）
- 25在int16范圍內（-32768~32767），無需升級；
- 直接插入到正確位置（升序），集合變為
[10, 20, 25, 30]，length=4，內存占用8字節（4×2）。
場景2：插入int32范圍的數（如40000）
- 40000超過int16最大值32767，觸發升級到
INTSET_ENC_INT32； - 新內存大小=（3+1）×4=16字節；
- 舊數據轉換為int32后復制到新內存，插入40000，集合變為
[10, 20, 30, 40000]； encoding改為INTSET_ENC_INT32，length=4。
總結：intset升級策略的「得與失」
Redis的 intset 升級策略是一個典型的「空間換時間」與「時間換空間」的平衡設計：
- 優點：通過動態升級，既保證了小整數的內存效率（用int16存小數），又能兼容大整數（升級到int32/int64）；
- 缺點：升級需要重新分配內存并復制數據，時間復雜度是O(N)（N是原元素數量），頻繁插入大數可能影響性能。
理解這一策略后，我們在使用Redis時可以更「聰明」：如果確定要存儲大量小整數（如1~1000），可以用 intset 節省內存；如果需要混合存儲大整數，建議直接用 hash 或 string 類型，避免頻繁升級帶來的開銷。
