正文

Redis 沒有直接使用 C 語言傳統(tǒng)的字符串表示（而是以空字符結(jié)尾的字符數(shù)組，以下簡稱 C 字符串），自己構(gòu)建了一種名為簡單動態(tài)字符串（simple dynamic string，SDS） 的抽象類型，并將 SDS 用作 Redis 的默認(rèn)字符串表示。

在 Redis 里面，C 字符串只會作為字符串字面量（string literal），用在一些無須對字符串值進(jìn)行修改的地方，比如打印日志：

redisLog(REDIS_WARNING,"Redis is now ready to exit, bye bye...");

當(dāng) Redis 需要的不僅僅是一個字符串字面量，而是一個可以被修改的字符串值時，Redis 就會使用 SDS 來表示字符串值：比如在 Redis 的數(shù)據(jù)庫里面，包含字符串的鍵值對在底層都是由 SDS 實現(xiàn)的。

舉個例子，如果客戶端執(zhí)行命令：

redis> SET msg "hello world"
OK

那么 Redis 將在數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建了一個新的鍵值對，其中：

• 鍵值對的鍵是一個字符串對象，對象的底層實現(xiàn)是一個保存著字符串 "msg" 的 SDS 。
• 鍵值對的值也是一個字符串對象，對象的底層實現(xiàn)是一個保存著字符串 "hello world" 的SDS。

又比如說，如果客戶端執(zhí)行命令：

redis> RPUSH fruits "apple" "banana" "cherry"
(integer) 3

那么 Redis 將在數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建一個新的鍵值對，其中：

• 鍵值對的鍵是一個字符串對象，對象的底層實現(xiàn)是一個保存了字符串 "fruits" 的 SDS 。
• 鍵值對的值是一個列表對象，列表對象包含了三個字符串對象，這三個字符串對象分別由三個 SDS 實現(xiàn)：第一個 SDS 保存著字符串 "apple" ，第二個 SDS 保存著字符串 "banana" ，第三個 SDS 保存著字符串 "cherry" 。

除了用來保存數(shù)據(jù)庫中的字符串值之外，SDS 還被用作緩沖區(qū)（buffer）：AOF 模塊中的 AOF 緩沖區(qū)，以及客戶端狀態(tài)中的輸入緩沖區(qū)，都是由 SDS 實現(xiàn)的，在之后介紹 AOF 持久化和客戶端狀態(tài)的時候，我們會看到 SDS 在這兩個模塊中的應(yīng)用。

AOF中記錄的是每一個命令的詳細(xì)信息，包括完整的命令類型、參數(shù)等。只要產(chǎn)生寫命令，就會實時寫入到AOF文件中

SDS的定義

struct sdshdr {
    // 記錄 buf 數(shù)組中已使用字節(jié)的數(shù)量
    int len;
    // 記錄 buf 數(shù)組中未使用字節(jié)的數(shù)量
    int free;
    // 字節(jié)數(shù)組，用于保存字符串
    char buf[];
};

與C字符串的區(qū)別

C語言使用長度為 N+1 的字符數(shù)組來表示長度為 N 的字符串，并且字符數(shù)組的最后一個元素總是空字符 '\0'。

獲取字符串長度

因為 C 字符串并不記錄自身的長度信息，所以為了獲取一個 C 字符串的長度，程序必須遍歷整個字符串O(N)O(N)O(N) 。

和 C 字符串不同，因為 SDS 在 len 屬性中記錄了 SDS 本身的長度，所以獲取一個 SDS 長度的復(fù)雜度僅為 O(1)O(1)O(1) 。

杜絕緩沖區(qū)溢出

C 字符串不記錄自身長度帶來的另一個問題是容易造成緩沖區(qū)溢出（buffer overflow）。

假設(shè)程序里有兩個在內(nèi)存中緊鄰著的 C 字符串 s1 和 s2 ，其中 s1 保存了字符串 "Redis" ，而 s2 則保存了字符串 "MongoDB" .

如果一個程序員決定通過執(zhí)行：strcat(s1, "Cluster")將 s1 的內(nèi)容修改為 "Redis Cluster" ，但粗心的他卻忘了在執(zhí)行 strcat 之前為 s1 分配足夠的空間，那么在 strcat 函數(shù)執(zhí)行之后，s1 的數(shù)據(jù)將溢出到 s2 所在的空間中，導(dǎo)致 s2 保存的內(nèi)容被意外地修改。

SDS 的空間分配策略完全杜絕了發(fā)生緩沖區(qū)溢出的可能性：當(dāng) SDS API 需要對 SDS 進(jìn)行修改時，API 會先檢查 SDS 的空間是否滿足修改所需的要求，如果不滿足的話，API 會自動將 SDS 的空間擴(kuò)展至執(zhí)行修改所需的大小，然后才執(zhí)行實際的修改操作，所以使用 SDS 既不需要手動修改 SDS 的空間大小，也不會出現(xiàn)前面所說的緩沖區(qū)溢出問題。

減少內(nèi)存分配次數(shù)

因為 C 字符串的長度和底層數(shù)組的長度之間存在著這種關(guān)聯(lián)性，所以每次增長或者縮短一個 C 字符串，程序都總要對保存這個 C 字符串的數(shù)組進(jìn)行一次內(nèi)存重分配操作，在 SDS 中，數(shù)組里面可以包含未使用的字節(jié)，而這些字節(jié)的數(shù)量就由 SDS 的 free 屬性記錄。并實現(xiàn)了兩種優(yōu)化策略：

空間預(yù)分配，當(dāng)進(jìn)行字符串增長操作時，程序會額外分配空間，并記錄的free字段

比如原長度為8的字符串,新增5個長度后,總共為13長度,則預(yù)分配13+13+1=27字節(jié)(額外一字節(jié)用于保存空字符串)

對于大于1M來說,分配空間為原有總長度+1MB+1byte

比如增加完字符串后長度為15MB,則為15MB+1MB+1byte

惰性空間釋放，當(dāng)進(jìn)行字符串縮短操作時，程序不立即重新分配內(nèi)存，而是用free屬性將這些字節(jié)的數(shù)量記錄起來。

二進(jìn)制安全

C字符串中不能包含空字符串，否則會被誤認(rèn)為是字符串結(jié)尾。所有 SDS API 都會以處理二進(jìn)制的方式來處理 SDS 存放在 buf 數(shù)組里的數(shù)據(jù)，程序不會對其中的數(shù)據(jù)做任何限制、過濾、或者假設(shè) ——數(shù)據(jù)在寫入時是什么樣的，它被讀取時就是什么樣。

以上就是幾分鐘教你掌握Redis簡單動態(tài)字符串SDS的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Redis動態(tài)字符串SDS的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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