Redis 并没有直接使用 C 语言传统的字符串表示，而是采用了自己构建的简单动态字符串（Simple Dynamic String，SDS）作为其字符串表示

Redis中的SDS：高性能字符串表示

原创已于 2023-12-29 19:59:20 修改 · 1.1k 阅读

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#redis #c语言 #数据库

于 2022-02-10 22:05:26 首次发布

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Redis采用SDS（简单动态字符串）作为默认字符串表示，而非C语言的字符串。SDS提供预分配空间、长度计算、减少内存碎片等优势，增强了性能和安全性，并具有良好的可扩展性和兼容性。在数据库、AOF缓冲区和客户端输入缓冲区等场景中，SDS都扮演了重要角色。

Redis 并没有直接使用 C 语言传统的字符串表示，而是采用了自己构建的简单动态字符串（Simple Dynamic String，SDS）作为其字符串表示。
简单动态字符串（SDS）是 Redis 用于表示字符串的一种数据结构。与传统的 C 语言字符串相比，SDS 有以下优势：

预分配空间：SDS 会预先分配一个缓冲区，这样可以避免频繁的内存分配和复制操作，提高了性能。
长度计算：SDS 存储了自身的长度，这样可以避免在获取长度时进行遍历，提高了性能。
减少内存碎片：SDS 的内部结构优化了内存的使用，可以减少内存碎片的产生。
方便的修改和操作：SDS 提供了便捷的修改和操作功能，如 append、cat 等。
安全：避免了常见的缓冲区溢出问题。
在 C 语言中，SDS 的定义如下：
typedef struct {
sdsbuf buf;
int len;
int free;
} sds;
其中：
• buf 是一个字符数组，用于存储实际的字符串内容。
• len 是当前已使用字符串的长度。
• free 是预分配的未使用空间的长度。
总的来说，Redis 选择 SDS 作为其字符串表示的主要原因是为了提高性能和安全性。
除了以上提到的优势，SDS 还为 Redis 提供了更好的可移植性和扩展性。因为 SDS 内部实现细节是封装好的，所以无论是在不同的操作系统、不同的硬件架构还是不同的编译环境下，SDS 的行为都是一致的。这使得 Redis 可以轻松地在不同的环境中运行，而无需担心字符串处理的问题。
此外，SDS 的设计也使得 Redis 更容易进行功能扩展。例如，如果需要添加一个新的字符串操作，Redis 可以在不改变现有 SDS 结构的情况下进行实现。这有助于保持代码的整洁和可维护性。
总的来说，SDS 是 Redis 成功的一个重要因素，它为 Redis 提供了高性能、安全性和可扩展性的字符串表示。
好的，让我继续深入探讨一下SDS的优势。
内存管理优化：SDS 内部实现了内存的动态管理。当字符串长度增加时，SDS 会自动分配更多的内存；当字符串长度减少时，SDS 会自动回收未使用的内存。这种动态内存管理方式使得 Redis 可以更高效地使用内存资源，避免了内存浪费。
兼容性：虽然 Redis 使用了 SDS 而不是传统的 C 字符串，但是 SDS 的设计保证了与 C 字符串的兼容性。这意味着在 Redis 中可以直接使用 C 字符串函数对 SDS 进行操作，而不需要进行额外的转换。这增加了 SDS 的易用性和兼容性。
错误处理：SDS 内部实现了错误处理机制。当对 SDS 进行修改时，如果操作会导致 SDS 的长度超过预分配的空间，SDS 会自动进行内存重新分配，扩大缓冲区的大小。这避免了因内存不足导致的错误和程序崩溃。
灵活性：SDS 的设计允许 Redis 支持不同类型的字符串编码，如 UTF-8、Base64 等。这使得 Redis 可以灵活地处理各种字符串数据，满足不同的应用需求。
可读性和可维护性：SDS 的设计简洁明了，使得 Redis 的代码易于阅读和维护。开发人员可以快速理解 SDS 的工作原理和 Redis 的字符串处理逻辑，从而更高效地进行开发和调试。
总之，SDS 是 Redis 不可或缺的一部分，它为 Redis 提供了卓越的性能、安全性和可扩展性。SDS 的设计理念和实现细节都是经过精心考虑的，使得 Redis 在处理字符串数据方面具有独特的优势。
当然，继续SDS的讨论，还可以从以下几个角度进一步探讨其重要性和优点：
易用性：由于SDS内部已经处理了内存分配和释放的问题，使用SDS的Redis在处理字符串时不需要手动管理内存。这大大简化了开发人员的工作，减少了出错的可能性。
安全性：SDS的实现方式避免了常见的缓冲区溢出问题。这在处理用户输入或者不信任的数据时尤为重要，可以防止潜在的安全风险。
一致性：由于SDS内部结构的一致性，无论是在哪种操作系统或者硬件架构上，只要运行的是相同的Redis版本，其行为应该是一致的。这保证了开发人员在不同环境中进行开发和测试时能得到一致的结果。
高效性：SDS的设计在处理字符串操作时可以大大提高性能。例如，通过预先分配空间，可以减少频繁的内存分配和释放操作，提高了执行效率。同时，由于内部存储了长度信息，获取字符串长度也变得更快。
扩展性：由于SDS的设计允许Redis进行功能扩展，当需要增加新的字符串操作或者功能时，Redis可以在不改变SDS结构的情况下轻松实现。这种灵活性使得Redis可以适应不同的应用场景，并且更容易进行版本升级和功能改进。
内存管理优化：SDS内部实现了内存的动态管理，使得Redis能够更高效地使用内存资源。这有助于减少内存浪费，提高系统的整体性能。
综上所述，SDS作为Redis的字符串表示方式，为Redis带来了许多优势，包括性能、安全性、可扩展性、易用性和兼容性等方面的提升。这些优势使得Redis成为一个强大、可靠且高效的数据存储系统。

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，以下简称C字符串），
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里面，C字符串只会作为字符串字面量（string literal）用在一些无须对字符串值进行修改的地方，
比如打印日志：

redisLog(REDIS_WARNING,"Redis is now ready to exit, bye bye...");

当Redis需要的不仅仅是一个字符串字面量，
而是一个可以被修改的字符串值时，Redis就会使用SDS来表示字符串值，
比如在Redis的数据库里面，包含字符串值的键值对在底层都是由SDS实现的。
举个例子，如果客户端执行命令：

redis> SET msg "hello world"
OK
那么Redis将在数据库中创建一个新的键值对，其中：
·键值对的键是一个字符串对象，
对象的底层实现是一个保存着字符串“msg”的SDS。
·键值对的值也是一个字符串对象，
对象的底层实现是一个保存着字符串“hello world”的SDS。
又比如，如果客户端执行命令：

redis> RPUSH fruits "apple" "banana" "cherry"
(integer) 3
那么Redis将在数据库中创建一个新的键值对，其中：
·键值对的键是一个字符串对象，对象的底层实现是一个保存了字符串“fruits”的SDS。
·键值对的值是一个列表对象，列表对象包含了三个字符串对象，
这三个字符串对象分别由三个SDS实现：第一个SDS保存着字符串“apple”，
第二个SDS保存着字符串“banana”，第三个SDS保存着字符串“cherry”。
除了用来保存数据库中的字符串值之外，SDS还被用作缓冲区（buffer）：
AOF模块中的AOF缓冲区，以及客户端状态中的输入缓冲区，都是由SDS实现的，
在之后介绍AOF持久化和客户端状态的时候，我们会看到SDS在这两个模块中的应用。