Redis | 源码阅读 —— 字符串

 

目录

一、SDS 结构体

二、获取字符串的长度

三、字符串的连接与拷贝

四、二进制安全特性

五、兼容 C 字符串

六、SDS 空间的分配与释放

1、空间预分配

2、惰性空间释放

七、最后

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     使用过 Redis 的都知道 Redis 用的最多的可能是它的 Key/Value 的缓存，在 Redis 用作 Key/Value 的缓存时，Value 有若干种数据类型，分别是 String、List、Set、Sorted Set 和 Hash。不同的 Value 类型对应了不同的数据结构，我们分别来了解一下 Redis 各种 Value 类型的数据结构。

        这次先来了解一下，Redis 的 String 类型所对应的数据结构。我这里要首先感谢《Redis 设计与实现》一书的作者 黄健宏 先生，他写出如此优秀的书籍从而让我们能够学习高性能的 Redis 的内部实现原理。

       Redis 是使用 C 语言实现的，C 语言本身就是一种运行时非常高效的程序设计语言。但是 Redis 的字符串结构并没有沿用 C 语言常规的存储字符串的方式。在 C 语言中，字符串是以数组的形式存储在内存中的，并且以 \0 作为字符串的结尾。在 C 语言中，读取字符串、计算字符串长度、连接字符串、拷贝字符串等函数，都是以 \0 来进行判断，而如果在写代码时对缓冲区检查不严格，则会导致缓冲区溢出。缓冲区溢出这种安全问题也是 C 语言一个很严重的问题。C 语言设计的初衷是希望把尽可能多的控制权交给程序员来保证 C 语言的灵活和自由，但是灵活和自由的同时也付出了很多惨痛的代价。

       当然了，上面的存储方式是 C 语言的方式，其他的语言就未必了，如果使用过 Delphi 的话，就知道 Delphi 的字符串就不是以 \0 作为结束的，而是在字符串的开头位置放入了字符串长度一个标识。

        现在，我们来看看 Redis 的实现，我这里是 Redis 2.6 的实现源码（版本低一些，阅读时会相对容易一些）。

一、SDS 结构体

        在 Redis 中的字符串是结合了 C 语言字符串特性（即以 \0 结尾）和一种被称为 SDS 的数据结构共存的字符串结构，其结构的定义在 sds.h 的头文件中，该数据结构的定义如下（所有的中文注释都是我注释的，官方源码中是不可能提供中文注释的，如果注释有误希望可以指出）：

struct sdshdr {
    /* 已使用缓冲区的长度 */
    int len;
    /* 未使用缓冲区的长度 */
    int free;
    /* 缓冲区 */
    char buf[];
};

        该结构体中包含三个成员，分别是 len、free 和 buf，其中 len 用来保存已经使用的缓冲区的长度，free 用来保存未使用的缓冲区的长度，buf 是真正的缓冲区的字符数组。buf 中存储的字符串仍然是以 \0 结尾，但是它的长度并不计算在 len 中，这一点和 C 语言是相同的，使用 strlen 计算字符串长度的时候，也没有把 \0 计算在内。

        确定了数据结构以后，所有的操作就是围绕数据结构来展开了，就好比我们写代码，确定了表结构，生成了实体类，然后业务处理就是围绕输入和针对实体类的具体操作了。

二、获取字符串的长度

        在 C 语言中，求字符串的长度是逐个字符进行遍历统计，直到遇到 \0 就是字符串的结束，这样就能得到字符串的长度了。也就是说，在 C 语言中获取字符串长度的时间复杂度为 O(n)。

        在 SDS 结构体中，获取字符串的长度的时间复杂度则为 O(1)，因为在 SDS 结构体中已经有一个成员来保存已使用缓冲区的长度了，它就是实际意义上的字符串的长度，因此在 SDS 字符串长度的时