Redis之SDS

2024-01-30 23:38

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本文主要是介绍Redis之SDS，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

1、概述

Redis没有直接使用C语言传统的字符串表示（以空字符结尾的字符数组），而是自己构建了一种名为简单动态字符串（simple dynamic string，SDS）的抽象类型，并将SDS用作Redis的默认字符串表示。

当Redis需要的不仅仅是一个字符串字面量，而是一个可以被修改的字符串值时，Redis就会使用SDS来表示字符串值。

2、SDS结构

struct sdshdr {// 记录buf数组中已使用字节的数量// 等于SDS所保存字符串的长度int len;// 记录buf数组中未使用字节的数量int free;// 字节数组，用于保存字符串char buf[];
};

示例如下：

如上所示：SDS遵循C字符串以空字符结尾的惯例，保存空字符的1字节空间不计算在SDS的len属性里面，并且为空字符分配额外的1字节空间，以及添加空字符到字符串末尾等操作，都是由SDS函数自动完成的，所以这个空字符对于SDS的使用者来说是完全透明的（使用者不用理会）。

3、SDS与C字符串的区别

SDS保有一个字符串长度属性Len,因此获取SDS长度的复杂度为O(1)

C语言字符串并不记录自身的长度信息，因此要获取一个C字符串的长度，程序必须遍历整个字符串，直到遇到代表字符串结尾的'\0'为止，此操作的复杂度为O(N)。与C字符串不同，由于SDS采用len属性记录了字符串本身的长度，因此获取一个SDS长度的复杂度仅为O(1)。

杜绝缓冲区溢出

C字符串不记录自身长度还会带来另外一个问题，那就是缓冲区溢出。例如strcat(char *dest,char *src)拼接字符串时，如果dest分配的内存不足以容纳所有的内容，则会发生缓冲区溢出，会意外的修改其他内存区域。

与C字符串不同，SDS的空间分配策略完全杜绝了缓冲区溢出的可能。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要求，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。

减少修改字符串时带来的内存重分配次数

在C语言中，当我们要增长字符串时，如拼接字符串，程序需要先通过内存重分配来扩展底层数组的空间大小，以访出现缓冲区溢出。而当我们要缩短字符串时，如截断操作，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，以访出现内存泄漏。

为了避免C字符串的这种缺陷，SDS通过未使用空间解除了字符串长度和底层数组长度之间的关联：在SDS中，buf数组的长度不一定就是字符数量加一，数组里面可以包含未使用的字节，而这些字节的数量就由SDS的free属性记录。通过未使用空间，SDS实现了空间预分配和惰性空间释放两种优化策略。

1）空间预分配

空间预分配用于优化SDS的字符串增长操作：当SDS的API对一个SDS进行修改，并且需要对SDS进行空间扩展的时候，程序不仅会为SDS分配修改所必须要的空间，还会为SDS分配额外的未使用空间。通过空间预分配策略，Redis可以减少连续执行字符串增长操作所需的内存重分配次数。

在扩展SDS空间之前，SDS API会先检查未使用空间是否足够，如果足够的话，API就会直接使用未使用空间，而无须执行内存重分配。

2）惰性空间释放

惰性空间释放用于优化SDS的字符串缩短操作：当SDS的API需要缩短SDS保存的字符串时，程序并不立即使用内存重分配来回收缩短后多出来的字节，而是使用free属性将这些字节的数量记录起来，并等待将来使用。

二进制安全

SDS的API都是二进制安全的（binary-safe），所有SDS API都会以处理二进制的方式来处理SDS存放在buf数组里的数据，程序不会对其中的数据做任何限制、过滤、或者假设，数据在写入时是什么样的，它被读取时就是什么样。因此，就算保存的字符串中间包含有\0结束符，也不会有什么问题。