Redis数据结构之简单动态字符串

　　Redis没有直接使用C语言传统的字符串表示（以空字符结尾的字符数组）， 而是自己构建了一种名为简单动态字符串（simple dynamic string，SDS）的抽象类型， 并将SDS用作Redis的默认字符串表示。在Redis中，C字符串只会作为字符串字面量，用在一些无需对字符串值进行修改的地方，例如打印日志。

 

一、SDS的结构定义

示例：

 

二、SDS与C字符串的区别
1. 常数复杂度获取字符串长度
C字符串长度计算：遍历整个字符串直至遇到代表字符串结尾的空字符，时间复杂度为O(N)。
SDS长度计算：只要访问SDS的'len'属性即可，时间复杂度为O(1)。
注：设置和更新SDS长度的工作是由SDS的API在执行时自动完成的，使用SDS无须进行任何手动修改长度的工作。
2. 杜绝缓冲区溢出
C字符串：增加长度时，需要开发者手动申请分配足够的空间，否则会发生缓冲区溢出。
SDS：SDS的空间分配交由SDS API自动实现，无需手动申请分配，不会发生缓冲区溢出。
3. 减少修改字符串时带来的内存重分配次数
C字符串：每次增长或缩短字符串，都需要进行一次内存重分配操作，否则会发生缓冲区溢出或内存泄漏。
SDS：通过使用"free"属性记录未使用空间，实现空间预分配和惰性空间释放两种优化策略，从而减少内存重分配次数。
（1）SDS空间预分配：
　　SDS API对SDS的空间进行扩展的时候，不仅会为SDS分配必需的空间，还会分配额外的未使用空间。若修改后SDS长度小于1M，则预分配和"len"一样大小的未使用空间；若修改后SDS长度大于等于1M，则预分配1M的未使用空间。以后再需要扩展SDS空间时，SDS API会优先使用SDS的"free"未使用空间。
（2）SDS惰性空间释放：
　　SDS API对SDS的空间进行缩短的时候，不会立即使用内存重分配来回收多余空间，而是使用"free"属性将这些空间的字节数量记录起来，等待以后使用。SDS也提供了相应的API，让我们可以在有需要时，真正地释放SDS中未使用的空间。
注：内存重分配涉及复杂的算法，并且可能需要执行系统调用，通常是一个比较耗时的操作，若频繁执行可能会对性能造成影响。
4. 二进制安全
C字符串：字符必须符合某种编码，而且除了字符串末尾，不能包含空字符，所以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。
SDS：SDS API都是二进制安全的，可以保存任意格式的二进制数据。
5. 兼容部分C字符串函数
　　SDS API总会将SDS保存的数据末尾设置为空字符，所以若SDS保存的是文本数据，则可以重用一部分<string.h>库定义的函数，避免不必要的代码重复。

 

三、SDS在Redis中的用途
1. 在Redis的数据库中，包含字符串值的键值对在底层都是由SDS实现的。
2. 除此之外，SDS还被用作缓冲区，例如AOF模块的AOF缓冲区、客户端状态中的输入缓冲区。