数据结构与对象——字符串对象

字符串对象的编码可以是int、raw或embstr。

不同的编码对应的场景

1.若一个字符串对象保存的是整数值，并且这个整数值可以用long类型来表示，那么字符串对象会将整数值保存在字符串对象结构的ptr属性中（将void*改为long），并将字符串对象的编码设置为int。（对于int编码的字符串对象来说，若对对象执行了一些命令，使得这个对象保存的不再是整数值，那么字符串对象的编码将从int变为raw。例：APPEND命令)

redisObject结构

2.如果字符串对象保存的是一个字符串值，且这个字符串值的长度大于等于45字节，那么字符串对象将使用一个简单动态字符串（SDS）来保存这个字符串值，并将对象的编码设置为raw。若小于，那么字符串对象将使用embstr编码（只读）的方式保存这个字符串值。（除可用long类型保存的整数，其他都用raw/embstr）

embstr

embstr是专门用于保存短字符串的一种优化编码方式。该编码和raw编码一样，使用redisObject结构和sdshdr结构来表示字符串对象，但raw编码会调用两次内存分配函数来分别创建redisObject和sdshdr，而embstr编码则通过调用一次内存分配函数来分配一块连续的空间，空间中依次包含redisObject和sdshdr两个结构。

embstr是只读的。因为对embstr编码的字符串对象执行任何修改命令时，程序会先将对象的编码从embstr转为raw,然后再执行修改命令，因此，embstr编码的字符串对象在执行修改命令后，总会变成一个raw编码的字符串对象。

raw编码分为两个结构

embstr编码的字符串对象

使用embstr编码的字符串对象来保存短字符串值的好处：

1.embstr编码将创建字符串对象所需的内存分配次数从raw编码的两次降低为一次。

2.释放embstr编码的字符串对象只需要一次内存释放函数，而raw编码需要两次。

3.因为embstr编码的字符串对象的所有数据都保存在一块连续的内存里面，所以这种编码的字符串对象比raw编码的字符串能够更好地利用缓存带来的优势。

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SDS(简单动态字符串）

SDS是Redis自己构建的一种抽象类型，用作Redis的默认字符串表示。

SDS除了用来保存数据库中的字符串值之外，还被用作缓冲区（buffer)：AOF模块中的AOF缓冲区，以及客户端状态中的输入缓冲区。

sds定义

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[];

};

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sds

free属性为0，说明该SDS没有分配任何未使用空间

len属性为5，说明该SDS保存了一个5字节长的字符串

buf属性是一个char类型数组，数组前五个字节分别是r e d i s ,最后一个字节保存了空字符’\0‘。保存空字符的1字节空间不计算在SDS的len属性中。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的操作由SDS函数自动完成。

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SDS的优点（和C字符串的区别）

1.常数复杂度获取字符串长度

与C字符串不同，因为SDS在len属性中记录了SDS本身的长度，所以获取一个SDS长度的复杂度为O(1)。

而且设置和更新SDS长度的工作是由SDS的API在执行时自动完成，使用SDS无须进行任何手动修改长度工作。

通过使用SDS而不是C字符串，Redis将获取字符串长度所需的复杂度从O(N)降低到了O(1)。

2.杜绝缓冲区溢出

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，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。

3.减少修改字符串时带来的内存重分配次数

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+1，数组里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分配修改所需要的空间，还会为SDS分配额外的未使用空间。

额外分配的未使用空间数量由下列公式决定：

1.1如果对SDS进行修改后，SDS的长度（len)将小于1MB,那么程序分配和len属性同样大小的未使用空间，这时SDS len属性的值将和free属性的值相同。

1.2如果对SDS进行修改后，SDS的长度（len)将大于等于1MB,那么程序会分配1MB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，API直接使用未使用空间，无须执行内存重分配。通过预分配策略，SDS将连续增长N次字符串所需的内存重分配次数从必定N次降低为最多N次。

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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下来，等待以后使用。即将需要缩短的部分字节加在free属性中。便于之后使用。

通过惰性空间释放策略,SDS避免了缩短字符串时所需的内存重分配操作，并为将来可能有的增长操作提供优化。与此同时，SDS提供了相应的API,这样可以在有需要的时候，真正释放SDS的未使用空间，无需担心惰性空间释放策略会造成内存浪费。

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4.二进制安全

SDS的buf属性称为字节数组——Redis使用buf数组保存一系列二进制数据。

使用二进制安全的SDS，不仅可以保存文本数据，还可以保存任意格式的二进制数据。