关于redis:Redis系列之SDS

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Redis 没有间接应用 C 语言的字符串，而是本人构建了一个名为简略动静字符串 (simple synamic string) 的形象类型，并将 SDS 作为 Redis 默认的字符串示意。当 Redis 存储的不仅仅是一个字符串面量，而逝一个能够被批改的字符串的时候，就会用到 SDS。例如：应用 SET msg “hello world” 存储，底层是通过 SDS 实现的。

SDS 构造体：

struct sdshdr {
    int len;
    int free;
    char buf[];}

上边的构造体是 SDS 的定义，蕴含三个属性信息，len 示意的是字符串的长度，在存储的时候间接计算好的，free 示意 SDS 除了存储的字符串之外，额定预留的空间，buf[]用于存储字符串的值，须要留神的是：在存储的时候除了存储字符串自身的值之外，还会在值的结尾存储一个空字符 ’\O’，这一点遵循了 C 字符串以空字符结尾的常规，这么做的益处是，SDS 能够间接重用 C 字符串函数库中的函数。

C 字符串应用长度为 N + 1 的字符数组来示意长度为 N 的字符串，在字符串的结尾应用一个空字符完结。因为 C 语言在存储字符串的时候并不间接计算字符串的长度，所以获取字符串长度须要应用遍从来实现，工夫复杂度为 O(n)；SDS 在存储字符串值的时候间接计算并写入 len，要获取字符串长度间接查问 len 即可，实现复杂度为 O(1)，Redis 通过应用 SDS，将查问字符串的长度的工夫复杂度从 O(n)升高到了 O(1)。

因为 C 字符串在存储的时候不计算字符串长度，所以 strcat 假如用户执行这个函数时曾经为 dest 调配了足够多的内存空间，能够存储所有的字符串值，然而如果 strcat 的字符串长度大于调配的缓存空间，就会造成一部分字符串存进去了，另一部分因为没有空间存储不了，造成缓冲区的溢出、数据不平安。
在 Redis 中应用 SDS，SDS 构造中有一个属性 free，该属性为 SDS 存储字符串后又额定预留了一部分存储的空间。在须要会已存入的字符串追加值的时候会先查看 free 的大小，如果 free 大于要追加的字符串长度，则间接执行追加操作。反之，API 会先将 SDS 的 free 批改至追加值的长度后，再执行追加操作。扩大 free 的操作不须要手动，Redis 会主动实现。

在 C 字符串操作的时候，如果是拼接操作，须要先执行内存重调配来扩大底层数组空间的大小，而后执行拼接操作，如果遗记了内存充沛配会造成内存溢出。如果执行截断操作，须要在执行截断后，执行内存重调配来开释掉不在应用的内存空间，如果遗记了后一步操作就会造成内存透露。
在 Redis 中，SDS 通过未应用空间解除了字符串长度和底层数组长度的关联：buf 的长度不肯定是存储的字符串长度加 1，数组里蕴含着未应用的字节，这些字节的数量由 free 来记录。SDS 解决 C 字符串问题提供了如下两个策略：

空间预调配
空间预调配用于优化字符串增长的操作，当 SDS 的 API 须要对一个 SDS 批改，并且须要进行空间扩大的时候，程序不仅会为 SDS 调配须要应用的空间，还会为 SDS 调配额定的未应用的空间。如果批改之后 SDS 的长度 len 小于 1M，程序会为 SDS 调配与 len 属性等值的额定空间；如果 SDS 批改之后长度 len 大于 1M，程序会为 SDS 调配 1M 的额定内存空间。通过空间预调配策略，Redis 缩小了间断执行字符串增长带来的内存重调配次数，将 C 的 N 次升高到最多 N 次。
惰性空间开释
惰性空间开释用于优化字符串的缩短操作：当 SDS 的 API 须要缩短保留的字符串时，在执行缩短操作之后并不会间接开释因为缩短操作带来的多余空间，而是将这些空间长度记录到 free 中，留待未来应用，这样既缩小了内存重调配的次数，也为未来有可能增长的操作提供了优化。SDS 还提供了 API，在有须要的时候真正的开释 SDS 未应用的空间，这样就不会造成内存的节约。

C 字符串中的字符必须合乎某种编码，并且除了字符串开端的空字符之外，字符串里不能蕴含空字符，否则会被程序误读为结尾，这些限度造成 C 字符串只能保留文本数据，而不能保留图片、音频、视频等二进制数据。
在 Redis 中为了适应各种存储的场景，SDS 的 API 都是二进制平安的(binary-safe)，所有须要存储的数据都会被 API 以二进制的形式解决后在存储到 buf 中，不会对存储的数据类型做限度，所以是二进制平安的。

正文完