Redis 学习笔记之动态字符串(SDS)
Redis 学习笔记之动态字符串(SDS)
SDS(simple dynamid string)
一、Redis 的 String 的基本概念
1.1 二进制安全
Redis String 是二进制安全的。
二进制安全是指，在传输数据时，保证二进制数据的信息安全，也就是不被篡改、破译等，如果被攻击，能够及时检测出来。
1.2 Redis String 值的最大长度为？
字符串值的最大长度为 512 MB
二、SDS 的定义
2.1 数据结构定义
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[];
};
2.2 SDS 与 C 字符串的区别?
2.2.1 获取字符串长度方面
- C 语言获取字符串的长度是通过遍历字符串得到，时间复杂度为 O(N)，每次调用都需要遍历
- Redis 中的 SDS 使用了变量 len 保存了字符串的长度，时间复杂度为 O(1)， 比 C 提高了效率
2.2.2 防止字符串缓存区溢出
- C 字符串不记录自身长度带来的另一个问题是容易造成缓冲区溢出（buffer overflow）
假设程序里有两个在内存中紧邻着的 C 字符串 s1 和 s2 ， 其中 s1 保存了字符串 "Redis" ， 而 s2 则保存了字符串 "MongoDB" ， 如图 2-7 所示。
此时，需要调用 strcat(s1, " Cluster")，将 s1 的内容修改为 "Redis Cluster" ， 但却忘了在执行 strcat 之前为 s1 分配足够的空间， 那么在 strcat 函数执行之后， s1 的数据将溢出到 s2 所在的空间中， 导致 s2 保存的内容被意外地修改， 如图 2-8 所示。
2.2.3 优化内存重分配次数
- C 语言字符串内存重分配操作（会频繁进行内存重新分配，N 次修改 N 次分配）
- 增长字符串的操作时，需要先通过内存重分配来扩展底层数组的空间大小 —— 如果忘了这一步就会产生缓冲区溢出。
- 缩短字符串的操作时，需要通过内存重分配来释放字符串不再使用的那部分空间 —— 如果忘了这一步就会产生内存泄漏。
- Redis SDS 为了优化内存重分配次数做了以下操作(N 次修改，最多 N 次分配)
- 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 分配修改所必须要的空间， 还会为 SDS 分配额外的未使用空间。
- 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起来， 并等待将来使用。当然 SDS 也提供了相应的 API，真正地释放 SDS 里面的未使用空间，避免造成内存浪费。
2.2.4 二进制安全问题
C 字符串中的字符必须符合某种编码（比如 ASCII）， 并且除了字符串的末尾之外， 字符串里面不能包含空字符， 否则最先被程序读入的空字符将被误认为是字符串结尾 —— 这些限制使得 C 字符串只能保存文本数据， 而不能保存像图片、音频、视频、压缩文件这样的二进制数据。
以下例子，在 C 字符串中遇到 '\0' 会被误认为是字符串结尾， 最后读取的字符串只有 Redis，而忽略之后的 "Cluster" 。
而在 Redis 的 SDS 中， 所有 API 都是二进制安全的，判断字符串结尾是使用字段 len 判断的，所以不会出现 C 字符串中的情况， 可以保存字符串和二进制数据。
总结
| C 字符串 | SDS |
|---|---|
| 获取字符串长度的复杂度为 O(N) 。 | 获取字符串长度的复杂度为 O(1) 。 |
| API 是不安全的，可能会造成缓冲区溢出。 | API 是安全的，不会造成缓冲区溢出。 |
| 修改字符串长度 N 次必然需要执行 N 次内存重分配。 | 修改字符串长度 N 次最多需要执行 N 次内存重分配。 |
| 可以使用所有 <string.h> 库中的函数。 | 可以使用一部分 <string.h> 库中的函数。 |
三、Redis Strings常用命令了解
# 连接redis
redis-cli -h 127.0.0.1 -p 6379
#验证密码
auth 123456
3.1 set 命令
#添加一个key=test, value = java
127.0.0.1:6379> set test java
OK
3.2 get 命令
# 获取键的值
127.0.0.1:6379> get test
"java"
3.3 APPEND 命令
#命令返回字符串的长度
#key 存在时，追加值到已有字符串的尾部
127.0.0.1:6379> APPEND test tutorial
(integer) 12
127.0.0.1:6379> get test
"javatutorial"
#当key 不存在时，创建key,并设置空字符串，并追加12到尾部
127.0.0.1:6379> APPEND age 12
(integer) 2
3.4 DECR
- 对存储的key值进行减一操作
- 如果操作的key 不存在，则会先初始化key，并设置key的值为0，再减一
- 如果key的value类型错误或者是个不能表示成数字的字符串，就返回错误。
- 这个操作最多支持64位有符号的正型数字。
###对已有key 操作
127.0.0.1:0>set num 10
"OK"
127.0.0.1:0>decr num
"9"
###对不存在的key 操作
127.0.0.1:0>decr num1
"-1"
###对于不是整型的key 操作
127.0.0.1:0>set name Java95
"OK"
127.0.0.1:0>decr name
"ERR value is not an integer or out of range"
###对于超出64位的值操作
127.0.0.1:0>set num2 9999999999999999999999
"OK"
127.0.0.1:0>decr num2
"ERR value is not an integer or out of range"
3.5 GETSET 命令
- 自动将key对应到value并且返回原来key对应的value。
- 如果key存在但是对应的value不是字符串，就返回错误。
- 如果key不存在，则会创建key，并设置value，返回null
#获取存在的key， 并设置新的值，返回旧的值
127.0.0.1:0>getset num 123
"9"
127.0.0.1:0>getset num 456
"123"
#获取不存在的值
127.0.0.1:0>getset num3 123
null
127.0.0.1:0>getset num3 456
"123"
3.6 INCR 命令
- 对存储在指定key的数值执行原子的加1操作
- 如果指定的key不存在，那么在执行incr操作之前，会先将它的值设定为0
- 如果key的value类型错误或者是个不能表示成数字的字符串，就返回错误。
- 这个操作仅限于64位的有符号整型数据。
#存在的key
127.0.0.1:0>get num
"456"
127.0.0.1:0>incr num
"457"
#不存在的key
127.0.0.1:0>incr num4
"1"
127.0.0.1:0>incr num4
"2"
3.7 SETEX 命令
- 设置key对应字符串value，并且设置key在给定的seconds时间之后超时过期。
#设置key，给定超时时间30秒，value 为java
127.0.0.1:0>setex expireKey 30 java
"OK"
##使用ttl 命令查看key 的过期时间
127.0.0.1:0>ttl expireKey
"15"
127.0.0.1:0>get expireKey
"java"
127.0.0.1:0>ttl expireKey
"4"
#当过期时间为-2时，证明key已经被删除
127.0.0.1:0>ttl expireKey
"-2"
127.0.0.1:0>get expireKey
null
3.8 SETNX（SET if Not eXists）命令
- 将key设置值为value，如果key不存在，这种情况下等同SET命令。 当key存在时，什么也不做。
- 返回1， key 已存在，0 key不存在
- 可以使用该命令实现分布式锁
127.0.0.1:0>SETNX mykey "Hello"
"1"
127.0.0.1:0>SETNX mykey "World"
"0"
127.0.0.1:0>get mykey
"Hello"
