Redis02：底层：字符串

底层：字符串

在redis中除了少数用来打印日志信息的字符串，其他字符串都是以SDS的形式存储的，SDS的全称是simple dynamic string。

SDS的定义

SDS的定义如下：

struct sdshdr{
	//SDS保存的字符串的长度
	int len;
	//buf数组中未使用的字节数量
	int free;
	//用于保存字符串的字节数组，可能存在一部分未使用空间
	char buf[];
} sdshdr;

下图就是一个存有字符串Redis的SDS：

free值是5代表数组中有5个字节未被使用，数组中的字符串以空字符\0结尾，len值代表字符串的真正长度，不包括空字符。存在空字符的好处在于，这样处理后的SDS在底层和c字符串几乎一样，所以可以直接重用一部分C字符串函数库里面的函数。

与C字符串的对比

常数复杂度获取字符串长度

C字符串不记录长度信息，所以为了获取字符串长度就必须遍历整个字符串，这个操作的复杂度为ON，而SDS可以根据len字段立即获得字符串长度，这确保了获取字符串长度不会成为redis的性能瓶颈。

杜绝缓冲区溢出

C字符串不记录自身长度可能会导致缓冲区溢出的情况出现，比如在没有考虑分配空间的情况下对字符串进行拼接操作，新生成的字符串可能很大，大到覆盖了周围的有用数据。而SDS在修改时，首先会检查SDS的空间是否满足修改的要求，如果不满足的话会进行空间扩展，不会有溢出问题出现。

内存分配策略

C的字符串每次改变时，都会对保存字符串的数组进行一次内存重分配操作，如果是增长字符串就是重分配来扩展空间，这个过程可能产生缓冲区溢出；如果是缩短字符串就是重分配来缩小空间，如果不释放空间就会产生内存泄露。

内存重分配涉及系统调用，是一个比较耗时的操作，在一般的程序中，不频繁的内存重分配是可以接受的，但是在redis需要的速度比较严苛，为了克服这种缺陷，SDS通过free这个字段来降低内存分配的次数，主要从两个方面改善：

1、空间预分配：每次增加字符串长度的时候，SDS不会分配一个正好大小的字符数组，而是分配的稍大一点，以便未来的增长操作不会触发内存重分配。

如果修改SDS后，SDS的len小于1MB，那么此时SDS会分配与len相同的空闲空间，如修改后SDS的len是13字节，那么free也是13字节，整个SDS的buf数组实际长度是13+13+1=27字节。

如果修改SDS后，SDS的len大于等于1MB，那么程序会分配1MB的未使用空间。

2、惰性空间释放：当SDS执行缩短操作时，程序不立即使用内存重分配来回收缩短的字节，而是使用free将这些字节的数量记录下来，以备将来使用。SDS也有对应的API来释放真正的未使用空间，不用担心造成空间浪费。

二进制安全

C字符串中的字符必须符合某种编码，除了字符串的末尾外字符串内部不能有空字符，这使得C字符串只能保存文本数据。而redis中的SDS是二进制安全的，可以保存非文本数据，它保存的是一系列二进制数据，SDS通过检查len来判断字符串是否结束，所以没有空字符的限制。

总结：C字符串和SDS对比