Redis ——SDS

Redis并没有使用C语言的字符串表示，而是自己构建了“简单动态字符串”（simple dynamic string，SDS）的抽象类型，而且Redis将SDS作为自己的默认字符串表示。

一、SDS的定义

SDS使用sds.h/sdshdr的结构来表示一个SDS值：

struct sdshdr{
    //记录buf数组中已使用字节的数量
    //记录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[];
};

SDS遵循C字符串以空字符结尾的惯例，保存空字符的1字节空间不计算在SDS的len属性里面，并且为空字符分配额外的1字节空间。采取这种手段的好处是，SDS可以直接重用C字符串函数库里面的函数。

二、SDS与字符串的区别

2.1 常数复杂度获取字符串长度

​ C字符串并不记录自身的长度，因此每次要获取一个C字符串的长度，都要遍历整个字符串。而SDS里面有一个len属性，可以直接获取SDS的长度。

2.2 杜绝缓冲区溢出

​ C字符串由于不记录自身长度，容易造成缓冲区溢出（“buffer overflow“）。因为strcat会假定用户在执行整函数的时候已经为字符串分配了足够多的内存，而一旦这个假定不成立，就会产生缓冲区溢出。

​ 与C字符串不同，SDS的空间的分配策略完全杜绝了发生缓冲区溢出的可能性：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的空间扩展至执行所需要的大小，然后才会执行实际的修改操作。

2.3 减少修改字符串时带来的内存分配次数

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，还会对SDS分配额外的未使用空间。

​ 分配未使用空间的公式如下：

• 如果对SDS修改之后，SDS的长度（即len的值）将小于1MB，那么程序将会分配和len属性同样大小的未使用空间，这时SDS 的len属性的值将和free的属性相同。
• 如果对SDS修改之后，SDS的长度大于2MB，那么程序会分配1MB的未使用空间。

②惰性空间释放

​ 惰性空间释放用于优化SDS的字符缩短操作：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。

2.4 二进制安全

​ 为了确保Redis可以适用于处理各种不同的使用场景，SDS的API都是二进制安全(binary-safe)，所有SDS API都会以处理二进制的方式来处理存放在buf数组里的数据。因此数据在写入时是什么样子，被读取的时候就是什么样子。

2.5 兼容部分C字符串函数

​ 由于SDS遵循C字符串以空字符结尾的惯例，所以它仍然可以使用C字符串的方法。