redis自学（1） 动态字符串SDS

  字符串是redis最常见的数据结构，但redis并没有直接使用C语言的字符串，是因为C语言本身其实是没有字符串的，所谓的字符串其实是字符数组（Java语言中的字符串是一个对象），所以C语言的字符串有很多问题：

①　获取字符串长度需要通过运算

C语言的字符串数组都是以’\0’结尾，这是一个字符串的结束标识，表示字符串到此为止。但是要想获取这个字符串的长度，就只能运算减去’\0’以后才能获得字符串的长度。或者就是一个一个遍历，用计数器计数直到’\0’停止。这样时间复杂度会很高，有可能会达到O(N)。

②　非二进制安全

如果因为需求，需要字符串中间包含’\0’，那么C语言的字符串就不能用了，因为C语言的字符串中间不能包含’\0’这样的特殊字符,所以C语言的字符串是非二进制安全的。

③　不可修改

C语言的字符串是存在常量池里的，要想拼接需要申请新的内存空间，很麻烦。（Java中的字符串是不可变的，也就是说，一旦创建了字符串对象，其内容是不可修改的。如果对一个字符串进行修改，实际上是生成了一个新的字符串对象。当我们对一个字符串进行修改时，Java会先检查这个字符串是否与其他对象共享同一块内存，即是否存在其他的字符串对象与其指向同一块内存地址。如果存在，则不是在原来的字符串对象中直接进行修改，而是创建一个新的字符串对象，将修改后的值存储在新的字符串对象中。如果不存在，那么直接在原字符串对象中进行修改，并返回该对象的引用。这种操作被称为"String共享优化"，可以提高字符串性能和节约内存。）

 

因此redis自己构建了一个新的字符串结构，简单动态字符串SDS（simply dynamic string）

 

 

SDS本质是一个结构体，类似于java里面的类

uint8_t 的意思是无符号整型8个比特位 能存2的8次方减1=255个字节

len 保存的是buf数组的字节数，因为buf数组其实还是有’\0’这个特殊字符，所以实际上buf能存的字节到不了255个 而是254个，这是为了兼容C语言字符串，实际读取的时候’\0’用不上。长度已经在len存储了，读取的时候读取len长度的字节就行了，也保证了二进制安全。同样的获取字符串长度，直接取len就行了，不用运算。

alloc是buf申请的总字节数,C语言的内存空间是手动申请的，而buf的内存申请有多大是存在alloc里的。因为数组申请的空间和使用的空间不一定一样，所以才会有len和alloc两个变量。

flags表示这个SDS是什么类型的，上面的SDS只是多种SDS的一种。如下

 

 

uint8_t和uint64_t的内存空间大小不同，是因为它们定义了不同位数的整型变量。

uint8_t是一种8位无符号整数类型，占用1个字节（8位）的内存空间，可以存储0~255之间的整数。

而uint64_t是一种64位无符号整数类型，占用8个字节（64位）的内存空间，可以存储0~18446744073709551615之间的整数。

 

flag的类型

 

 

SDS结构

 

 

SDS具备动态扩容能力

内存预分配规则：

1、如果新字符串小于1M，则新空间为扩展后字符串长度的两倍+1。（这个+1是留给’\0’的）

2、如果新字符串大于1M，则新空间为扩展后字符串长度+1M+1。

为什么要有内存预分配：

  Linux分为用户态和内核态，申请内存需要从用户态切换到内核态，但申请内存这个动作非常消耗资源。而内存预分配减少了之后变动申请内存的次数，提高性能。

SDS优势

①　获取字符串长度的时间复杂度O(1)

②　支持动态扩容

③　减少内存分配次数

④　二进制安全