Redis字符串SDS

📝 Redis 字符串实现：简单动态字符串（SDS）详解

在 Redis 中，字符串（String）是最基本的数据类型之一。Redis 内部使用 简单动态字符串（Simple Dynamic String，SDS） 来实现字符串数据结构，而不是 C 语言中的传统 char* 字符串。SDS 设计提供了更多的功能和安全性，以满足 Redis 高效处理字符串数据的需求。

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📌 SDS 数据结构定义：

struct sdshdr {
    int len;        // 字符串实际长度（不包括终止符 '\0'）
    int free;       // 剩余可用空间
    char buf[];     // 字符数组（柔性数组）
};

🛠️ 主要字段解释：

1. len（长度）：

   • 表示 buf 中已使用的字节数，即字符串的长度。
   • 不包括字符串结束符 '\0'。

2. free（空闲空间）：

   • 表示 buf 数组中未使用的字节数。
   • 提供额外的空间用于追加操作，减少内存分配次数。

3. buf（字符数组）：

   • 用于存储字符串内容。
   • 以 '\0' 结尾，兼容 C 语言的字符串函数。

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📊 SDS 的特性和优势

✅ 1. 动态扩展：

• 当字符串长度增加时，SDS 会自动扩展内存空间，减少频繁分配内存的开销。
• 空间预分配机制：每次扩展都会预留一定的空闲空间，避免多次扩展。

✅ 2. 防止缓冲区溢出：

• 由于 SDS 记录了字符串长度（len），可以避免因 '\0' 结束符判断错误导致的缓冲区溢出问题。

✅ 3. 二进制安全：

• SDS 可以存储任意二进制数据（如图片、音频等），不仅限于文本字符串。
• 不会因为遇到 '\0' 而提前终止。

✅ 4. 低时间复杂度：

• 获取字符串长度：时间复杂度为 O(1)，因为长度存储在 len 字段中。
• 追加操作：如果有足够的空闲空间，直接追加；否则，触发扩展操作。

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⚙️ SDS 的内存分配策略

🔄 1. 惰性释放空间：

• 删除部分字符串时，free 增加，但不立即回收内存。
• 避免频繁分配和释放内存带来的性能开销。

🛠️ 2. 扩展规则：

• 空间不足时：
  • 如果新字符串长度 小于 1MB，分配 两倍 的所需空间。
  • 如果新字符串长度 大于等于 1MB，则分配 当前长度 + 1MB。

🔄 3. 缩容机制：

• 当调用 sdsRemoveFreeSpace() 时，Redis 会释放多余的空闲空间。

📌 示例操作：

字符串追加：

sds s = sdsnew("hello");   // 创建 SDS，内容为 "hello"
s = sdscat(s, " world");    // 追加 " world"，SDS 变为 "hello world"

• 在追加过程中，Redis 会检查是否有足够的空闲空间，若没有则扩展。

🌐 总结：SDS 的优点

特性	描述
动态扩展	自动扩展内存，减少内存分配次数
二进制安全	支持存储二进制数据，不依赖 '\0'
防止缓冲区溢出	记录字符串长度，防止因 '\0' 导致错误
高效操作	字符串长度获取时间复杂度为 O(1)

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🚀 应用场景：

SDS 在 Redis 中广泛用于存储 键值、命令参数、缓存数据 等，提供了比传统 C 字符串更安全、更灵活的功能，保证了 Redis 的高性能和稳定性。