[redis 源码走读] sds

2024-03-19 05:10
文章标签 源码 redis sds 走读

本文主要是介绍[redis 源码走读] 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!

数据结构

为了节省空间,增加内存的利用率,struct 数据结构没有进行内存对齐,redis 的瓶颈不在 cpu 而在内存。同时,为了灵活处理不同长度范围的字符串,redis 定义了下面几种数据结构。

typedef char *sds;
#define SDS_HDR(T,s) ((struct sdshdr##T *)((s)-(sizeof(struct sdshdr##T))))
#define SDS_HDR_VAR(T,s) struct sdshdr##T *sh = (void*)((s)-(sizeof(struct sdshdr##T)));/* Note: sdshdr5 is never used, we just access the flags byte directly.* However is here to document the layout of type 5 SDS strings. */
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr5 {// 当字符串很小时, `flags` 是一个8 个字节的组合字符,前 3 bit 是字符串类型,后面5bit是字符串长度。unsigned char flags; /* 3 lsb of type, and 5 msb of string length */char buf[];
};
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr8 {uint8_t len; /* used */uint8_t alloc; /* excluding the header and null terminator */unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */char buf[];
};
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr16 {uint16_t len; /* used */uint16_t alloc; /* excluding the header and null terminator */unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */char buf[];
};
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr32 {uint32_t len; /* used */uint32_t alloc; /* excluding the header and null terminator */unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */char buf[];
};
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr64 {uint64_t len; /* used */uint64_t alloc; /* excluding the header and null terminator */unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */char buf[];
};
成员描述
len当前已使用的内存空间长度
alloc分配的内存空间长度
flags数据结构类型 或者 (数据结构类型 + 字符串长度 例如:sdshdr5)
bufuf 如果有数据,是以 ‘\0’ 结束的字符串。

数据结构视图

数据结构内存

制作图表方法可以用 processon,参考视频

  • bilibili: 绘制 redis sds 数据结构内存空间视图
  • youtube: Draw Redis SDS Struct Memmory Chart

结构大小

可以通过函数 sdsReqType 知道,sds 数据结构,是根据数据长度范围去确定数据结构类型的。下面列出的数据结构的比较。

结构类型大小字符串长度
sdshdr511 << 5 - 1
sdshdr831 << 8 - 1
sdshdr1651 << 16 - 1
sdshdr3291 << 32 - 1
sdshdr6417大于 1 << 32
static inline char sdsReqType(size_t string_size) {if (string_size < 1<<5)// 1 << 5 == 32,所以长度最大 31,二进制 11111,占 5 位。结合数据结构可以查看 flags 的组合,左移 5 位,存储字符串长度,右边3位存储字符串长度。return SDS_TYPE_5;if (string_size < 1<<8)return SDS_TYPE_8;if (string_size < 1<<16)return SDS_TYPE_16;
#if (LONG_MAX == LLONG_MAX)if (string_size < 1ll<<32)return SDS_TYPE_32;return SDS_TYPE_64;
#elsereturn SDS_TYPE_32;
#endif
}
  • 例如 sdshdr32 数据结构, sizeof(sdshdr32) == 9 ,如果是字节对齐,应该 12 才对。
struct __attribute__((__packed__)) sdshdr32 {uint32_t len;        /* used */uint32_t alloc;      /* excluding the header and null terminator */unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */char buf[];
};

核心接口

sds 主要的逻辑是对字符串内存管理。可以参考下面接口进行理解。

接口描述
sdsnew创建字符串对象
sdsfree释放字符串结构对象
sdsavail查询字符串对象空闲内存大小
sdsnewlen根据字符串长度,分配合适的内存空间,设置数据结构的相关的成员数据
sdsMakeRoomFor为对象分配增长的空间,增长小于 1M, newlen *= 2,否则 newlen += SDS_MAX_PREALLOC

工作流程

我们依旧可以用 gdb 对 sds 进行调试,熟悉它对工作流程。作者在 sds.c 文件就设置了测试宏SDS_TEST_MAIN,我们可以编译一个文件进行调试。

gcc -g  -DSDS_TEST_MAIN sds.c zmalloc.c -o sds

调试方法,可以参考视频

  • bilibili: Debug Redis sds with Gdb
  • youtube: Debug Redis sds with Gdb
  • 堆栈信息
#0  sdsnewlen (init=0x100006a71, initlen=3) at sds.c:99
#1  0x00000001000018a6 in sdsnew (init=0x100006a71 "foo") at sds.c:156
#2  0x0000000100004cb7 in sdsTest () at sds.c:1130
#3  0x0000000100006124 in main () at sds.c:1294
  • sdsnewlen 根据字符串长度,用不同数据结构进行存储,每个数据结构有不同类型。
/* Create a new sds string starting from a null terminated C string. */
sds sdsnew(const char *init) {size_t initlen = (init == NULL) ? 0 : strlen(init);return sdsnewlen(init, initlen);
}
  • 根据字符串长度,分配合适的内存空间,设置数据结构的相关的成员数据
/* Create a new sds string with the content specified by the 'init' pointer* and 'initlen'.* If NULL is used for 'init' the string is initialized with zero bytes.* If SDS_NOINIT is used, the buffer is left uninitialized;** The string is always null-termined (all the sds strings are, always) so* even if you create an sds string with:** mystring = sdsnewlen("abc",3);** You can print the string with printf() as there is an implicit \0 at the* end of the string. However the string is binary safe and can contain* \0 characters in the middle, as the length is stored in the sds header. */
sds sdsnewlen(const void *init, size_t initlen) {void *sh;sds s;char type = sdsReqType(initlen);/* Empty strings are usually created in order to append. Use type 8* since type 5 is not good at this. */if (type == SDS_TYPE_5 && initlen == 0) type = SDS_TYPE_8;int hdrlen = sdsHdrSize(type);unsigned char *fp; /* flags pointer. */// 申请数据结构内存。+ 1 是为了字符串的结束符 '\0'。sh = s_malloc(hdrlen+initlen+1);if (init==SDS_NOINIT)init = NULL;else if (!init)memset(sh, 0, hdrlen+initlen+1);if (sh == NULL) return NULL;s = (char*)sh+hdrlen;fp = ((unsigned char*)s)-1;switch(type) {case SDS_TYPE_5: {// SDS_TYPE_BITS *fp = type | (initlen << SDS_TYPE_BITS);break;}case SDS_TYPE_8: {SDS_HDR_VAR(8,s);sh->len = initlen;sh->alloc = initlen;*fp = type;break;}case SDS_TYPE_16: {SDS_HDR_VAR(16,s);sh->len = initlen;sh->alloc = initlen;*fp = type;break;}case SDS_TYPE_32: {SDS_HDR_VAR(32,s);sh->len = initlen;sh->alloc = initlen;*fp = type;break;}case SDS_TYPE_64: {SDS_HDR_VAR(64,s);sh->len = initlen;sh->alloc = initlen;*fp = type;break;}}if (initlen && init)memcpy(s, init, initlen);s[initlen] = '\0';return s;
}
  • 获取字符串长度
#define SDS_TYPE_5_LEN(f) ((f)>>SDS_TYPE_BITS)static inline size_t sdslen(const sds s) {unsigned char flags = s[-1];switch(flags&SDS_TYPE_MASK) {case SDS_TYPE_5:// 一个字节高 5 位是长度,通过向右移动 3 位获得大小。return SDS_TYPE_5_LEN(flags);case SDS_TYPE_8:return SDS_HDR(8,s)->len;case SDS_TYPE_16:return SDS_HDR(16,s)->len;case SDS_TYPE_32:return SDS_HDR(32,s)->len;case SDS_TYPE_64:return SDS_HDR(64,s)->len;}return 0;
}
  • 释放内存,因为 sds struct 是一个连续的内存数据结构,根据 sds 指向的 buf,往回找 struct 的起始地址,进行释放。

看看 sdsnewlen 是如何申请内存的。

/* Free an sds string. No operation is performed if 's' is NULL. */
void sdsfree(sds s) {if (s == NULL) return;s_free((char*)s-sdsHdrSize(s[-1]));
}
static inline int sdsHdrSize(char type) {switch(type&SDS_TYPE_MASK) {case SDS_TYPE_5:return sizeof(struct sdshdr5);case SDS_TYPE_8:return sizeof(struct sdshdr8);case SDS_TYPE_16:return sizeof(struct sdshdr16);case SDS_TYPE_32:return sizeof(struct sdshdr32);case SDS_TYPE_64:return sizeof(struct sdshdr64);}return 0;
}
  • 查询数据结构多少空闲内存空间
static inline size_t sdsavail(const sds s) {unsigned char flags = s[-1];switch(flags&SDS_TYPE_MASK) {case SDS_TYPE_5: {// 小于 32 长度的内存,都是直接申请的,没有空余内存。return 0;}case SDS_TYPE_8: {SDS_HDR_VAR(8,s);return sh->alloc - sh->len;}case SDS_TYPE_16: {SDS_HDR_VAR(16,s);return sh->alloc - sh->len;}case SDS_TYPE_32: {SDS_HDR_VAR(32,s);return sh->alloc - sh->len;}case SDS_TYPE_64: {SDS_HDR_VAR(64,s);return sh->alloc - sh->len;}}return 0;
}
  • 追加内存
/* Append the specified null termianted C string to the sds string 's'.** After the call, the passed sds string is no longer valid and all the* references must be substituted with the new pointer returned by the call. */
sds sdscat(sds s, const char *t) {return sdscatlen(s, t, strlen(t));
}
  • redis sds 习惯先根据长度,分配合适的内存,再进行数据拷贝等操作。
/* Append the specified binary-safe string pointed by 't' of 'len' bytes to the* end of the specified sds string 's'.** After the call, the passed sds string is no longer valid and all the* references must be substituted with the new pointer returned by the call. */
sds sdscatlen(sds s, const void *t, size_t len) {size_t curlen = sdslen(s);// 根据当前数据和追加的数据,分配合适长度的内存资源。s = sdsMakeRoomFor(s,len);if (s == NULL) return NULL;memcpy(s+curlen, t, len);sdssetlen(s, curlen+len);s[curlen+len] = '\0';return s;
}
  • 根据增长的长度,为 sds 申请合适长度的空间。
/* Enlarge the free space at the end of the sds string so that the caller* is sure that after calling this function can overwrite up to addlen* bytes after the end of the string, plus one more byte for nul term.** Note: this does not change the *length* of the sds string as returned* by sdslen(), but only the free buffer space we have. */
sds sdsMakeRoomFor(sds s, size_t addlen) {void *sh, *newsh;// 获取剩余的内存size_t avail = sdsavail(s);size_t len, newlen;char type, oldtype = s[-1] & SDS_TYPE_MASK;int hdrlen;/* Return ASAP if there is enough space left. */if (avail >= addlen) return s;len = sdslen(s);sh = (char*)s-sdsHdrSize(oldtype);newlen = (len+addlen);// 小于 1 M 内存的翻倍增加,否则每次增加 1Mif (newlen < SDS_MAX_PREALLOC)newlen *= 2;elsenewlen += SDS_MAX_PREALLOC;type = sdsReqType(newlen);// 如果小数据,遇到 cat 操作,类型升级到 SDS_TYPE_8,方便 cat 的后续操作。这里作者估计是根据很多场景结合的经验得出的结论。/* Don't use type 5: the user is appending to the string and type 5 is* not able to remember empty space, so sdsMakeRoomFor() must be called* at every appending operation. */if (type == SDS_TYPE_5) type = SDS_TYPE_8;// 根据对应类型的对象申请相应的空间。hdrlen = sdsHdrSize(type);if (oldtype==type) {newsh = s_realloc(sh, hdrlen+newlen+1);if (newsh == NULL) return NULL;s = (char*)newsh+hdrlen;} else {/* Since the header size changes, need to move the string forward,* and can't use realloc */newsh = s_malloc(hdrlen+newlen+1);if (newsh == NULL) return NULL;memcpy((char*)newsh+hdrlen, s, len+1);s_free(sh);s = (char*)newsh+hdrlen;s[-1] = type;sdssetlen(s, len);}sdssetalloc(s, newlen);return s;
}
  • 空数据结构 sdsempty(),一些不定长的字符串,例如 sdscatprintf,格式化的字符串,经常性有很长的字符串。所以在 sdsnewlen 中给申请 SDS_TYPE_8 类型进行处理。
sds sdsnewlen(const void *init, size_t initlen) {if (type == SDS_TYPE_5 && initlen == 0) type = SDS_TYPE_8;
}
  • 去掉字符串头尾出现在字串的所有字符
/* Remove the part of the string from left and from right composed just of* contiguous characters found in 'cset', that is a null terminted C string.** After the call, the modified sds string is no longer valid and all the* references must be substituted with the new pointer returned by the call.** Example:** s = sdsnew("AA...AA.a.aa.aHelloWorld     :::");* s = sdstrim(s,"Aa. :");* printf("%s\n", s);** Output will be just "HelloWorld".*/
sds sdstrim(sds s, const char *cset) {char *start, *end, *sp, *ep;size_t len;// 通过两次遍历,从头向尾,sp = start = s;ep = end = s+sdslen(s)-1;while(sp <= end && strchr(cset, *sp)) sp++;while(ep > sp && strchr(cset, *ep)) ep--;len = (sp > ep) ? 0 : ((ep-sp)+1);if (s != sp) memmove(s, sp, len);s[len] = '\0';sdssetlen(s,len);return s;
}
  • 两个 sds 字符串比较

取最短字符串的长度,该长度的两个字符串相比较,在这个条件基础上,对余下字符串进行比较。返回相应结果。

/* Compare two sds strings s1 and s2 with memcmp().** Return value:**     positive if s1 > s2.*     negative if s1 < s2.*     0 if s1 and s2 are exactly the same binary string.** If two strings share exactly the same prefix, but one of the two has* additional characters, the longer string is considered to be greater than* the smaller one. */
int sdscmp(const sds s1, const sds s2) {size_t l1, l2, minlen;int cmp;l1 = sdslen(s1);l2 = sdslen(s2);minlen = (l1 < l2) ? l1 : l2;cmp = memcmp(s1, s2, minlen);if (cmp == 0) return l1 > l2 ? 1 : (l1 < l2 ? -1 : 0);return cmp;
}

后记

源码走读系列,通过调试手段,走读源码,是自己流水账式的记录,从而理解了更多的实现细节。

这篇关于[redis 源码走读] sds的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/824895

相关文章

Go中sync.Once源码的深度讲解

《Go中sync.Once源码的深度讲解》sync.Once是Go语言标准库中的一个同步原语,用于确保某个操作只执行一次,本文将从源码出发为大家详细介绍一下sync.Once的具体使用,x希望对大家有... 目录概念简单示例源码解读总结概念sync.Once是Go语言标准库中的一个同步原语,用于确保某个操

Redis多种内存淘汰策略及配置技巧分享

《Redis多种内存淘汰策略及配置技巧分享》本文介绍了Redis内存满时的淘汰机制,包括内存淘汰机制的概念,Redis提供的8种淘汰策略(如noeviction、volatile-lru等)及其适用场... 目录前言一、什么是 Redis 的内存淘汰机制?二、Redis 内存淘汰策略1. pythonnoe

Redis主从/哨兵机制原理分析

《Redis主从/哨兵机制原理分析》本文介绍了Redis的主从复制和哨兵机制,主从复制实现了数据的热备份和负载均衡,而哨兵机制可以监控Redis集群,实现自动故障转移,哨兵机制通过监控、下线、选举和故... 目录一、主从复制1.1 什么是主从复制1.2 主从复制的作用1.3 主从复制原理1.3.1 全量复制

Redis延迟队列的实现示例

《Redis延迟队列的实现示例》Redis延迟队列是一种使用Redis实现的消息队列,本文主要介绍了Redis延迟队列的实现示例,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习... 目录一、什么是 Redis 延迟队列二、实现原理三、Java 代码示例四、注意事项五、使用 Redi

Redis缓存问题与缓存更新机制详解

《Redis缓存问题与缓存更新机制详解》本文主要介绍了缓存问题及其解决方案,包括缓存穿透、缓存击穿、缓存雪崩等问题的成因以及相应的预防和解决方法,同时,还详细探讨了缓存更新机制,包括不同情况下的缓存更... 目录一、缓存问题1.1 缓存穿透1.1.1 问题来源1.1.2 解决方案1.2 缓存击穿1.2.1

redis-cli命令行工具的使用小结

《redis-cli命令行工具的使用小结》redis-cli是Redis的命令行客户端,支持多种参数用于连接、操作和管理Redis数据库,本文给大家介绍redis-cli命令行工具的使用小结,感兴趣的... 目录基本连接参数基本连接方式连接远程服务器带密码连接操作与格式参数-r参数重复执行命令-i参数指定命

深入理解Redis大key的危害及解决方案

《深入理解Redis大key的危害及解决方案》本文主要介绍了深入理解Redis大key的危害及解决方案,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面随着... 目录一、背景二、什么是大key三、大key评价标准四、大key 产生的原因与场景五、大key影响与危

Redis主从复制的原理分析

《Redis主从复制的原理分析》Redis主从复制通过将数据镜像到多个从节点,实现高可用性和扩展性,主从复制包括初次全量同步和增量同步两个阶段,为优化复制性能,可以采用AOF持久化、调整复制超时时间、... 目录Redis主从复制的原理主从复制概述配置主从复制数据同步过程复制一致性与延迟故障转移机制监控与维

Redis过期键删除策略解读

《Redis过期键删除策略解读》Redis通过惰性删除策略和定期删除策略来管理过期键,惰性删除策略在键被访问时检查是否过期并删除,节省CPU开销但可能导致过期键滞留,定期删除策略定期扫描并删除过期键,... 目录1.Redis使用两种不同的策略来删除过期键,分别是惰性删除策略和定期删除策略1.1惰性删除策略

Linux(Centos7)安装Mysql/Redis/MinIO方式

《Linux(Centos7)安装Mysql/Redis/MinIO方式》文章总结:介绍了如何安装MySQL和Redis,以及如何配置它们为开机自启,还详细讲解了如何安装MinIO,包括配置Syste... 目录安装mysql安装Redis安装MinIO总结安装Mysql安装Redis搜索Red