Redis底层结构-动态字符串SDS

前言

我们知道 redis 中保存的 key 均为字符串的形式，而 value 要么是字符串要么是字符串的集合。可以说字符串是Redis中最常见也同时是最常用的数据结构。

redis 底层是由c语言实现，但是并没有直接使用c语言中的字符串。是因为c语言定义字符串有着如下的缺点：

• 获取字符串的长度需要运算
• 非二进制安全（字符串碰到‘/0’即算结束，如果在结束之前的有着‘/0’便可能有安全问题）
• 不可修改

在以上的缺点上，redis构建了一种新的字符串的结构，称为简单动态字符串（Simple Dynamic String） ，简称SDS。

• 当我们在执行命令： set name jack
• redis将在底层创建两个SDS，其中一个是包含“name” 的SDS，另一个是包含“jack” 的SDS。

结构

redis是由c语言实现的，其中SDS的结构体为：

truct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr8 {
    uint8_t len; /* buf已保存的字符串字节数，不包含结束标示*/
    uint8_t alloc; /* buf申请的总的字节数，不包含结束标示*/
    unsigned char flags; /* 不同SDS的头类型，用来控制SDS的头大小*/
    char buf[]; /* 字符串的内容 */
};

• 其中flag的大小是几个固定的等级
  
• 一个包含字符串“name”的SDS结构如下：

扩容

SDS之所以叫做动态字符串是因为其具有动态扩容的能力，例如一个值为“ja”的SDS：

而加入我们在后面给SDS追加一段字符串“cker”，则会首先计算长度然后申请新的内存空间：

• 如下图，如果新的字符串小于1M，则新空间为扩展后的字符串长度的两倍+1
• 如果新的字符串大于1M， 为了避免空间的浪费，则扩展为扩展后字符串的长度+1M+1
• 其中加1是单独留给‘\0’的空间。
  
  这种提前扩展长度的方式称为内存预扩展。因为频繁的内存申请极度消耗redis的性能。

采用SDS有如下的好处：

• 获取字符串长度的时间复杂度为O(1)
• 支持动态扩容
• 减少内存分配次数
• 二进制安全