面试题：Redis整数集合实现中内存优化策略的基础原理

Question

请阐述Redis整数集合实现中，为了优化内存使用，在数据类型存储上采用了哪些策略？

Answer 1

• 数据类型自动升级：
  • 当新元素加入整数集合且其类型比当前集合中所有元素类型都大时，整数集合会自动升级数据类型。例如，原本集合元素都是 int16_t 类型，若要加入一个 int32_t 类型的元素，集合会升级为 int32_t 类型来存储所有元素。这样可以在满足存储需求的同时，避免使用更大的数据类型来存储小数据造成的内存浪费。
  • 升级操作包括重新分配内存和数据迁移，新类型能够容纳所有现有元素和新加入元素，减少了频繁内存分配和数据类型转换带来的开销。
• 不支持降级：
  • 整数集合升级后不会自动降级。即使后续移除了较大类型的元素，集合仍保持升级后的类型。这是因为降级操作需要重新分配内存和迁移数据，会带来较大开销，而保持升级后的类型在一定程度上牺牲少量内存以避免频繁的内存操作，从整体性能上看是一种优化策略。
• 紧凑存储：
  • 整数集合以紧凑数组的形式存储元素，在内存中连续存放，没有额外的空间浪费在指针或其他元数据上（除了记录集合本身的一些属性如长度等）。这样可以充分利用内存空间，提高内存利用率。
  • 同时，在存储元素时，按从小到大的顺序排列，这不仅方便查找操作（可使用二分查找等高效算法），而且从内存布局角度看，连续且有序的存储方式也有助于提高缓存命中率，进一步提升性能。