[redis] 数据结构与对象--简单动态字符串SDS

秒速五厘米 2024-03-25 11:01 39阅读 0赞

在Redis里，C字符串常常用于无需对字符串值进行修改的地方。需要被修改的字符串使用SDS（简单动态字符串）。此外SDS还被用在AOF缓冲区和客户端状态中的输入缓冲区的实现。

本文学习记录主要包括以下两点：SDS的定义、SDS和C字符串的区别。

## 一、SDS的定义 ##

struct sdshdr {
        // SDS字符串的长度
        int len;  // 记录buf数组中，已经使用的字节的数量
        int free;  // 记录buf数组中，未使用的字节的数量
        char buf[];  // 字节数组，用于保存字符串
    }

> 初始化时，len=5，free=0，buf数组中存有五个字符r e d i s 和空字符'\\0'。空字符'\\0'是额外分配1字节的，不计入字符串长度len中。

## 二、SDS相对于C字符串的优点 ##

总的来说，SDS优于C字符串在如下几个方面：

*  获取字符串长度的时间复杂度为O(1)

*  杜绝了缓冲区的溢出

*  减少了修改字符串时内存重分配的次数

*  二进制安全

*  SDS兼容部分C字符串函数

### 1. SDS只需常数时间复杂度即可获取长度 ###

C字符串获取长度虚呀遍历，遇到空字符'\\0'结束。SDS只需要访问len属性即可。设置和更新len属性是SDS的API在执行的时候完成的。

### 2. 杜绝缓冲区的溢出 ###

这跟SDS的空间分配策略有关（下一节）在C语言中，若两个字符串在内存中紧邻，对前一个字符串进行修改可能会导致后一个字符串被覆盖。

### 3. 减少了修改字符串时内存重分配的次数 ###

每次对增长或者缩短一个C字符串，程序都要对其数组进行一次内存重分配，不仅消耗资源，还有产生缓冲区溢出或者内存泄漏的风险。SDS通过未使用空间接触了字符串长度与底层数组之间的关联。SDS通过未使用空间实现了两种优化策略：空间预分配、惰性空间释放

#### （1）空间预分配 ####

*  修改SDS时，先检查未使用空间是否足够，如果足够，则直接使用；如果不够，则执行以下内存重分配策略。

*  若SDS修改后，len小于1MB，那么程序分配未使用空间大小free=已使用空间大小len。此时SDS的buf数组实际长度为len + free + 1字节，其中len == free。

*  若SDS修改后，len大于等于1MB，那么程序分配未使用空间大小free=1MB。此时SDS的buf数组实际长度为len + free + 1字节，其中free = 1MB

#### （2）惰性空间释放 ####

*  用于优化SDS的缩短操作，当需要缩短字符串时，不是立即重新分配内存来回收空间，而是使用free属性将这些字节的数量记录起来，用于将来使用。

### 4. 二进制安全 ###

*  C字符串遇到空字符'\\0'就是结束，SDS中有种特殊字符串是以空字符'\\0'为分割的。

*  SDS的所有API都是以处理二进制的方式处理buf数组里的数据，也就是说buf数组里存的是一系列二进制数据（buf数组又称为字节数组）

*  比如redis-cli进入命令行，set中文字符串后，取出来的是一串16进制字符。而redis-cli --raw进入命令行才能拿到中文。

### 5. 兼容部分C字符串函数 ###

SDS以空字符'\\0'结尾，可以重用<string.h>的一部分字符串函数。

## 三、总结 ##

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[0ded2f4608264b1a84e4596c9d56fba6.jpeg]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/25/8162c793fc8b49c99c4c887c1ec9119b.png

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