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面试题:Redis整数集合升级在缓存系统中的应用案例

请描述在一个简单的缓存系统中,Redis整数集合升级是如何提高存储效率和处理能力的?假设缓存系统用于存储一些用户ID,初始时用户ID数量较少,随着业务发展用户ID增多。
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1. Redis整数集合简介

Redis的整数集合(intset)是用于保存整数值的集合抽象数据结构,当集合只包含整数值且元素数量不多时会使用它。它以有序、无重复的方式存储数据。

2. 初始存储情况

在缓存系统用于存储用户ID且数量较少时,Redis使用整数集合存储。例如,可能使用int8_t类型来存储用户ID(假设用户ID值较小)。这种情况下,每个元素占用空间小,在内存使用上比较高效,而且由于其有序性,在查找等操作上也有一定效率。

3. 升级过程

随着业务发展用户ID增多,当有一个新的用户ID值超出了当前整数集合所使用的类型范围时,整数集合就会进行升级。例如,原本使用int8_t存储,当出现一个大于int8_t最大值的用户ID时,整数集合会升级为int16_t,然后将所有元素从原来的类型转换为新的类型重新存储。如果后续又出现超出int16_t范围的值,会进一步升级为int32_t,依此类推。

4. 提高存储效率

  • 减少内存碎片:升级后虽然每个元素占用空间可能增大,但整个整数集合作为一个连续的内存块存储,减少了因不同大小元素存储造成的内存碎片。
  • 空间预分配:升级时会预分配额外的空间,减少后续频繁的内存重新分配操作,在一定程度上提高了空间使用效率。

5. 提高处理能力

  • 优化查找:升级后,由于元素类型统一且空间连续,在进行查找操作时,CPU缓存命中率提高,从而加快了查找速度。
  • 支持更多操作:升级后的整数集合能够容纳更大范围的整数值,使得缓存系统可以处理更多不同取值的用户ID,业务适应性更强。