Redis数据结构-简单动态字符串(SDS)

1. 简介

Redis没有使用C中默认的字符串(字符数组)，而是自己构建了一个简单动态字符串(SDS)的抽象类型，并且作为默认的字符串。

• Redis中会使用C中的字符串作为字符常量，用在无需修改的地方，如日志；
• 当字符串会被修改时，就是使用SDS；
• 此外，SDS还会被用作缓冲区。

2. 定义

sds.h/sdshdr 结构体表示一个SDS值：

struct sdshdr {
    unsigned int len;
    unsigned int free;
    char buf[];
};

相比普通的C字符串，SDS的优点在于：

• 能够通过len字段方便的知道字符串长度；
• 通过free字段能方便知道缓存区剩余空间；
• 同样字符串buf以'\0'结尾，能够与print等C中函数接口通用；
• 杜绝缓冲区溢出(SDS会先进行检查，空间不够会进行扩展)。
• 二进制安全。
  在使用SDS API的情况下，不要手动修改len和free字段,它们的维护是API内部自动进行的。

3. 内存优化策略

3.1 空间预分配

在使用SDS API进行字符串修改需要扩容时，不仅会分配修改所必须的空间，而且还会分配额外的未使用空间。总体策略：

• 如果修改后的SDS长度(len字段)小于1MB，那么程序会分配同len相同的未使用空间，即free=len，实际长度是free+len+1=2len+1;
• 如果修改后的SDS长度(len字段)大于1MB，那么程序会分配1MB的未使用空间。

通过空间预分配，可以减少内存分配次数。

3.2 惰性空间释放

释放策略是：弹药使用API缩短SDS字符串时，程序并不会回收多出来的字节，而是使用free字段记录下来，以等待将来被使用。
通过惰性空间释放，可以减少内存回收的次数，未回收的内存可以继续用于字符串的存储。
如果要回收内存，SDS提供了相应的API。

4. 特点

4.1 二进制安全

虽然SDS的buf保存了C的\0结尾的约定，但是它实际内容其实是由len字段决定，因此存储音视频等二进制数据是没有问题的，不用对数进行任何过滤操作。

SDS也因此被称为字节数组--保存二进制数据。

4.2 兼容部分C函数

SDS仍然遵循C字符串以空白字符结尾的惯例，因此它也能使用C字符串中<string.h>部分函数。
如stacat、strcmp等。

区别：

1. C字符串只能保存文本数据，而SDS可以二进制数据；
2. C字符串API操作可能会导致缓冲区溢出，而SDS不会；
3. SDS只能使用部分C函数；
4. SDS获取字符串长度的时间复杂是O(1),而普通C字符串是O(n);
5. 空间扩展，SDS会进行预分配，实际分配次数会比C字符串少。