引言
作为Redis中最节省内存的数据结构之一，整数集合（intset） 专门用于高效存储整型数据。但你可能不知道，它背后藏着一个精妙的「动态升级」机制——能在不浪费内存的前提下，灵活适配不同大小的整数。今天我们就来扒开这层神秘面纱，彻底搞懂它的升级策略！
一、先搞清楚：intset到底是啥？
在Redis中，当存储的整型数据比较「紧凑」（比如都是小整数）时，不会直接用普通的数组或哈希表，而是用更高效的 intset。它的核心设计目标就一个：用最小的内存存最多的整数。
1.1 intset的底层数组结构
整数集合的底层结构定义（简化版）如下：
typedef struct intset {uint32_t encoding; // 编码类型，决定元素的实际类型（如 INTSET_ENC_INT16/INT32/INT64）uint32_t length; // 集合中元素的个数int8_t contents[]; // 存储元素的数组（实际类型由 encoding 决定）
} intset;
intset 的底层是一个数组（contents[]），但和普通数组不同，它的元素类型不是固定的，而是由一个「编码标识」（encoding）动态决定的。这个 encoding 有三种可能：
INTSET_ENC_INT16：元素是16位有符号整数（范围：-32768 ~ 32767），每个元素占2字节；INTSET_ENC_INT32：元素是32位有符号整数（范围：-2^31 ~ 2^31-1），每个元素占4字节；INTSET_ENC_INT64：元素是64位有符号整数（范围：-2^63 ~ 2^63-1），每个元素占8字节。
举个栗子：如果一个 intset 的 encoding 是 INTSET_ENC_INT16，那它的 contents 数组里存的每个数都是16位的，占2字节。
1.2 为什么需要升级？内存优化的核心
假设你有一个 intset，初始存储的都是1000以内的小整数（完全在int16范围内），这时候用int16编码，每个元素只占2字节，内存利用率极高。但如果突然要插入一个40000的数（超过int16的最大值32767），这时候怎么办？
直接扩容数组？不行！ 因为int16的数组每个位置只能存2字节，40000用int16存会溢出（变成负数）。所以必须升级 encoding 到更大的类型（比如int32），让所有元素都能被正确存储。
这就是 intset 升级的核心意义：动态调整编码类型，用最小的内存兼容所有元素。
二、升级什么时候触发？惰性策略的智慧
intset 的升级不是「每次插入都检查」，而是「按需触发」——只有当你插入一个「当前编码存不下」的整数时，才会触发升级。这种「惰性策略」能避免频繁的内存分配和数据迁移，提升性能。
触发条件示例：
- 当前
encoding是INTSET_ENC_INT16（存16位整数），插入一个32768（超过int16最大值32767）→ 触发升级到INTSET_ENC_INT32； - 当前
encoding是INTSET_ENC_INT32，插入一个2^32（超过int32最大值2147483647）→ 触发升级到INTSET_ENC_INT64； - 插入的数在当前编码范围内（比如int16存20000）→ 不升级，直接插入。
三、升级全过程拆解：从int16到int32的「变身」
升级过程听起来简单，但背后涉及内存分配、数据类型转换、元素迁移等步骤。我们以「int16升级到int32」为例，一步步看：
3.1 步骤1：确定目标编码类型
首先得判断新插入的数需要多大的空间。比如插入40000，它超过了int16的范围（-3276832767），但能被int32容纳（-2^312^31-1），所以目标编码是 INTSET_ENC_INT32。
3.2 步骤2：计算新内存大小
原来的 intset 有3个int16元素（每个2字节），总内存是3×2=6字节。现在要插入1个int32元素（4字节），所有元素都要转为int32（每个占4字节），所以新内存大小是（3+1）×4=16字节。
3.3 步骤3：分配新内存并迁移数据
这一步是关键！Redis会做两件事：
- 分配新内存：根据计算出的16字节，申请一块新的连续内存空间；
- 转换并复制旧数据：把原来的3个int16元素逐个转为int32（比如10→(int32_t)10，值不变但类型升级），复制到新内存中。
3.4 步骤4：插入新元素并保持有序
intset 中的元素始终是升序排列的（方便二分查找）。所以插入40000时，需要找到正确的位置（这里应该是最后），插入后数组变为 [10, 20, 30, 40000]。
3.5 步骤5：更新元数据
最后，把 encoding 改为 INTSET_ENC_INT32，length 加1（现在集合有4个元素）。至此，升级完成！
四、升级的三大关键特性：为什么这样设计？
4.1 类型一致性：升级后「一刀切」
升级完成后，集合里所有元素的类型都统一为目标编码。比如从int16升级到int32后，后续插入的元素如果超过int32范围，会再次触发升级到int64。这保证了数据存储的一致性，避免了混合类型的复杂处理。
4.2 内存优化：用多少，扩多少
升级只在必要时触发，避免了「为了存大数而预分配大内存」的浪费。比如存1000个int16整数，只需要2000字节；如果提前升级到int32，就需要4000字节——显然前者更省内存。
4.3 不可降级：升级容易，降级难
一旦升级到更大的编码（比如int16→int32），即使后续删除了所有大整数，encoding 也不会降回去。这是Redis的「性能妥协」：频繁检查是否可降级会增加开销，而保留大编码对后续插入大数更友好（不需要再次升级）。
五、示例演示：直观感受升级过程
假设我们有一个初始状态为 INTSET_ENC_INT16 的 intset，存储 [10, 20, 30]（3个元素，内存6字节）：
场景1：插入int16范围内的数（如25）
- 25在int16范围内（-32768~32767），无需升级；
- 直接插入到正确位置（升序），集合变为
[10, 20, 25, 30]，length=4，内存占用8字节（4×2）。
场景2：插入int32范围的数（如40000）
- 40000超过int16最大值32767，触发升级到
INTSET_ENC_INT32； - 新内存大小=（3+1）×4=16字节；
- 旧数据转换为int32后复制到新内存，插入40000，集合变为
[10, 20, 30, 40000]； encoding改为INTSET_ENC_INT32，length=4。
总结：intset升级策略的「得与失」
Redis的 intset 升级策略是一个典型的「空间换时间」与「时间换空间」的平衡设计：
- 优点：通过动态升级，既保证了小整数的内存效率（用int16存小数），又能兼容大整数（升级到int32/int64）；
- 缺点：升级需要重新分配内存并复制数据，时间复杂度是O(N)（N是原元素数量），频繁插入大数可能影响性能。
理解这一策略后，我们在使用Redis时可以更「聪明」：如果确定要存储大量小整数（如1~1000），可以用 intset 节省内存；如果需要混合存储大整数，建议直接用 hash 或 string 类型，避免频繁升级带来的开销。
