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2021 动工第一天，就有小伙伴私信我，还给我分享了一道他面阿里的 redis 题（这家伙绝比曾经拿到年终奖了），我看了当前感觉挺有意思，题目很简略，是那种典型的似懂非懂，经常容易被大家疏忽的问题。这里整理出来分享一下，顺便本人坚固一下根底，心愿对正在面试和想要面试的兄弟有点帮忙。
题目大抵是这样的
面试官：理解 redis 的String数据结构底层实现嘛?
铁子：当然晓得，是基于 SDS 实现的
面试官：redis是用 C 语言开发的，那为啥不间接用 C 的字符串，还独自设计 SDS 这样的构造呢?
铁子：·····
其实看得出面试官是想看看，铁子是只停留在 redis 的应用层面，还是对底层数据结构有过更深刻的钻研，面试嘛都爱这样问大家都懂得。
咱们晓得 redis 是用 C 写的，但它却没有齐全间接应用 C 的字符串，而是本人又从新构建了一个叫简略动静字符串SDS（simple dynamic string）的形象类型。
redis也反对应用 C 语言的传统字符串，只不过会用在一些不须要对字符串批改的中央，比方动态的字符输入。
而咱们开发中应用 redis，往往会经常性的批改字符串的值，这个时候就会用SDS 来示意字符串的值了。有一点值得 留神 ：在 redis 数据库中，key-value 键值对含有字符串值的，都是由 SDS 来实现的。
比方：在 redis 执行一个最简略的 set 命令，这时 redis 会新建一个键值对。
127.0.0.1:6379> set xiaofu "程序员内点事"此时键值对的 key 和value都是一个字符串对象，而对象的底层实现别离是两个保留着字符串 xiaofu 和程序员内点事 的SDS构造。
再比方：我向一个列表中压入数据，redis 又会新建一个键值对。
127.0.0.1:6379> lpush xiaofu "程序员内点事" "程序员小富"这时候键值对的键和上边一样，还是一个由 SDS 实现的字符串对象，键值对的值是一个蕴含两个字符串对象的列表对象了，而这两个对象的底层也是由 SDS 实现。
SDS 构造
一个 SDS 值的数据结构，次要由 len、free、buf[] 这三个属性组成。
struct sdshdr{int free; // buf[]数组未应用字节的数量
int len; // buf[]数组所保留的字符串的长度
char buf[]; // 保留字符串的数组}其中 buf[] 为理论保留字符串的 char 类型数组；free示意 buf[]数组未应用字节的数量；len示意 buf[]数组所保留的字符串的长度。
例如上图示意的是 buf[] 保留长度为 6 个字节的字符串，未应用的字节数 free 为 0，然而眼尖的同学会发现这明明是 7 个字符，还有一个 "\0" 啊？
上边提到过 SDS 没有齐全间接应用 C 的字符串，还是沿用了一些 C 个性的，比方遵循 C 的字符串以空格符结尾的规定，这样还能够应用一部分 C 字符串的函数。而对于 SDS 来说，空字符串占用的一字节是不计算在 len 属性里的，会为他调配额定的空间。
简略理解 SDS 构造后，下边咱们来看看 SDS 相比于 C 字符串有哪些长处。
效率高
举个例子：工作中应用 redis，常常会通过STRLEN 命令失去一个字符串的长度，在 SDS 构造中 len 属性记录了字符串的长度，所以咱们获取一个字符串长度间接取 len 的值，复杂度是 O(1)。
而如果用 C 字符串，在获取一个字符串长度时，需对整个字符串进行遍历，直至遍历到空格符完结（C 中遇到空格符代表一个残缺字符串），此时的复杂度是 O(N)。
在高并发场景下频繁遍历字符串，获取字符串的长度很有可能成为 redis 的性能瓶颈，所以 SDS 性能更好一些。
数据溢出
上边提到 C 字符串是不记录本身长度的，相邻的两个字符串存储的形式可能如下图，为字符串调配了适合的内存空间。
如果此时我想把 “程序员内点事” 改成“程序员内点事 123”，可之前调配的内存只有 6 个字节，批改后的字符串须要 9 个字节能力放下啊，怎么搞？
没方法只能 强占 相邻字符串的空间，本身数据溢出导致其余字符串的内容被批改。
而 SDS 很好的躲避了这点，当咱们须要批改数据时，首先会查看以后 SDS 空间 len 是否满足，不满足则主动扩容空间至批改所需的大小，而后再执行批改, 如下图所示。
不过有个非凡的中央 ，在把“程序员内点事” 的 6 个字节扩容到 “程序员内点事 123” 9 个字节后，发现free 属性的值变成了扩容后字符串的总长度，这就波及到下边要说的内存重调配策略了。
内存重调配策略
C 字符串长度是肯定的，所以每次在增长或者缩短字符串时，都要做内存的重调配，而内存重调配算法通常又是一个比拟耗时的操作，如果程序不常常批改字符串还是能够承受的。
但很可怜，redis作为一个数据库，数据必定会被频繁批改，如果每次批改都要执行一次内存重调配，那么就会重大影响性能。
SDS 通过两种内存重调配策略，很好的解决了字符串在增长和缩短时的内存调配问题。
1. 空间预调配
空间预调配策略用于优化 SDS字符串增长 操作，当批改字符串并需对 SDS 的空间进行扩大时，不仅会为 SDS 调配批改所必要的空间，还会为 SDS 调配额定的未应用空间 free，下次再批改就先查看未应用空间free 是否满足，满足则不必在扩大空间。
通过空间预调配策略，redis能够无效的缩小字符串间断增长操作，所产生的内存重调配次数。
额定调配未应用空间 free 的规定：
- 如果对 SDS 字符串批改后，
len值小于1M，那么此时额定调配未应用空间free的大小与len相等。 - 如果对 SDS 字符串批改后，
len值大于等于1M，那么此时额定调配未应用空间free的大小为1M。
2. 惰性空间开释
惰性空间开释策略则用于优化 SDS字符串缩短 操作，当缩短 SDS 字符串后，并不会立刻执行内存重调配来回收多余的空间，而是用 free 属性将这些空间记录下来，如果后续有增长操作，则可间接应用。
数据格式多样性
C 字符串中的字符必须合乎某些特定的编码格局，而且上边咱们也提到，C 字符串以 \0 空字符结尾标识一个字符串完结，所以字符串里边是不能蕴含 \0 的，不然就会被误认是多个。
因为这种限度，使得 C 字符串只能保留文本数据，像音视频、图片等二进制格局的数据是无奈存储的。
redis 会以解决二进制的形式操作 Buf 数组中的数据，所以对存入其中的数据做任何的限度、过滤，只有存进来什么样，取出来还是什么样。
总结
上边只是 redis 数据结构的一点基础知识，没什么难度，但以我的面试教训，如果被问这类问题, 不要只含糊其辞的说出底层是 SDS，有理有据的把为什么这样实现也说进去。
一来能够显得本人基本功扎实，如果表白的在条理清晰，是个很不错的加分项；在一个被动打消面试官问上来的念头，当然就怕不按套路出牌的人！
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