Redis底层数据结构SDS

前言

Redis是C语言开发的，C语言的字符类型是char，字符数组是char[]，Redis没有直接使用C语言的字符串类型，而是在其之上构建动态字符串(SDS)的抽象类型。

SDS代码

Redis3.2之前实现方式

struct sdshdr{
 int len;
 int free;
 char buf[];
}
len表示buf数组长度，free表示数组未使用长度。
而3.2之后扩展为5种类型，主要为了优化len和free这两个字段所占的空间，但实现思想上不变。

SDS比起C语言字符串优点

例如存储值为 "haha123"的字符串
C语言字符串： char data[] = "haha123\0"
sds：struct{ len: 7, free: 14, buf: "haha123\0" }

优点1：计数更快
C语言对字符串长度的统计，就完全来自遍历，从头遍历到末尾，直到发现空字符就停止，时间复杂度为O(n)。
而sds本身就保存了长度的信息，所以获取长度的时间复杂度为0(1)。

优点2：杜绝缓冲区溢出
调用C语言的字符串拼接函数，如果没有提前计算好内存，拼接后会产生缓冲区溢出的。
如果使用sds，它存储了当前长度len，还有free未使用的长度，做拼接操作，先判断是否可以放得下，如果长度够就直接执行，如果不够，那就进行扩容，再进行拼接。

优点3：减少修改字符串时带来的内存重分配次数
当频繁对字符串进行添加时，C语言需要不断开辟新的内存空间以存放新的字符串，频繁内存分配是很耗时的。Redis为了避免C字符串这样的缺陷，就分别采用了两种解决方案，去达到性能最大化，空间利用最大化。

1. 空间预分配：当我们对SDS进行扩展操作的时候，Redis会为SDS分配好内存，并且根据特定的公式，分配多余的free空间，还有多余的1byte空间（这1byte也是为了存空字符），这样就可以避免我们连续执行字符串添加所带来的内存分配消耗。
   例如新建sds结构存储长度为7的字符串，那么此时len=7，free也是7，当需要拼接一个长度<=7的字符串，就可以例如free的空间直接进行拼接，省去内存重新分配。
   当扩容时，如果需要内存值小于1MB，那么会进行成倍的扩容，如果大于1MB，那么每次扩容增加1M，直到够为止。

2. 惰性空间释放：刚才提到了会预分配多余的空间，如果一直不需要，可能会带来内存的泄露或者浪费，Redis也做了设计，当执行完一个字符串缩减的操作，Redis并不会马上收回我们的空间，因为可以预防你继续添加的操作，这样可以减少分配空间带来的消耗，但是当你再次操作还是没用到多余空间的时候，Redis也还是会收回对于的空间，防止内存的浪费的。

优点4：二进制安全
Redis作为缓存中间件，面向各种客户端通过socket使用，这些客户端数据经常会穿插空字符在中间，比如图片，音频，视频，压缩文件的二进制数据，如果直接使用C语言字符串库去读取，就会造成数据丢失。
而Redis就不存在这个问题了，因为SDS保存了字符串的长度，他不判断空字符，他就判断长度对不对就好了，所以Redis也经常拿来保存各种二进制数据，例如用来保存小文件的二进制。

优点5：兼容C语言的函数库
sds的buf结尾依然会添加'\0'作为结束，这样可以兼容C语言的字符串函数库使用。