Redis设计原理与实现 Redis字符串设计

「爱情、让人受尽委屈。」 2022-03-16 06:26 198阅读 0赞

Redis字符串设计

1.  Simple dymatic string SDS字符串设计
2.  SDS对象

//sds字符串
           int free;	2	//当前字符串空间剩余未分配长度
           int len;	4	//当前字符串总长度
           char[] buf;		//当前字符串保存 'a' 'b' 'c' '' 'd' '\0' 空格 空格

SDS字符串扩展规则:

*  SDS的预修改，是先给与free足够的空间，然后扩展字符串
 *  如果对SDS进行修改以后，SDS的长度（也就是len属性的值）将小于1MB，那么程序分配和len属性同样大小的未使用空间，这时候SDS的len和free属性的值相同。
 *  如果对SDS进行修改以后，SDS的长度将大于1MB，那么程序会分配1MB的未使用空间。  
    SDS的buf数组的实际长度会变成 len+free+1byte （1byte是buf最后的空字符，表示字符串的结尾。C语言字符串设计也是如此。）
 *  惰性空间释放：当字符串缩减以后，并不直接释放对应空间，而是先将不用的内存空间保留在free中，留待下次使用。并且可以通过SDS的API来释放空间。

C字符串 											SDS
    获取字符串长度的复杂度是o(N)						获取字符串长度的复杂度是o(1)
    API是不安全的，可能会造成缓冲区溢出或者内存泄漏		API是安全的，不会造成缓冲区溢出
    修改字符串长度N次必然需要执行N次内存重分配				修改字符长度N次最多需要N次内存重分配
    只能保存文本数据									可以保存文本或者二进制数据（'\0'的处理方式不同）
    可以使用所有<string.h>库中的函数					可以使用部分<string.h>库中的函数

> 详解：
> 
>  *  因为C语言（纯面向过程，没有对象的概念）中字符串就是一个数据，本身不记录长度，故strLen的时间复杂度是 o(N)——而在SDS中记录了字符串的长度，故strLen的时间复杂度是o(1)
>  *  除了获取字符串长度的复杂度高之外，C字符串不吉利自身长度带来的另一个问题是容易造成缓冲区溢出（buffer overflow——与C字符串不同，SDS的空间分配策略完全杜绝了发生缓冲区溢出的可能性：当SDS API需要对SDS进行修改时，API会先检查SDS的空间是否满足修改所需的需求，如果不满足的话，API会自动将SDS的空间扩展至执行修改所需的大小，然后才执行实际的修改操作。
>  *  C字符串修改长度，会执行N次内存重分配——SDS字符串修改长度，至多执行N次内存重分配，因为SDS里面有fre空间
>  *  C字符串中的字符必须符合某种编码（例如ASCll），并且处理字符串的末尾之外，字符串里面不能包含空字符，否则最先被程序读入的空字符将被认为是字符串结尾。这些限制使得C字符串只能保存文本数据，而不能保存像图片、视频、视频等二进制数据。—— 在SDS里面通过len记录了字符串的长度。故不用担心这个问题。
>  *  SDS字符串保留了C字符串中，最后一个字符是 ’\\0‘ 的规则，可以重用部分<string.h>库中的函数

### 小结 ###

> 1.  Redis只会使用C字符串作为字面量，在大多数情况下，Redis使用SDS作为字符串表示
> 2.  比起C字符串，SDS具有以下有限  
>     2.1 常数复杂度获取字符串长度  
>     2.2 杜绝缓冲区溢出  
>     2.3 减少修改字符串长度所需的内存重分配次数  
>     2.4 二进制安全  
>     2.5 兼容部分C字符串函数

> 备注：  
> 如果程序执行的增长字符串的操作，比如拼接操作，那么在执行这个操作之前，程序需要先通过内存重分配来扩展底层数组的空间大小——如果网络这一步就会产生缓冲区溢出  
>   
>   
> 如果程序执行的是缩短字符串的操作，比如截断操作，那么在执行这个操作之后，程序需要通过内存重分配来释放字符串不再使用的那部分空间——如果忘了这一步就会产生内存泄漏