Redis研究-1.简单动态字符串

我们知道，在C字符串中，底层的实现是使用c字符数组来实现的，但是在高性能以及内存安全方面，使用底层的c字符串是满足不了的，举个简单的例子，如果你使用strcat(s,s1)函数，如果在操作之前不判断s的空间是否能够容纳s1的内容，那么就很有可能导致内存溢出，而导致操作失败，因此，为了满足性能及内存安全方面的要求，Redis实现了SDS。

SDS的定义是（位于sds.h）：

struct sdshdr {

// buf 中已占用空间的长度
int len;

// buf 中剩余可用空间的长度
int free;

// 数据空间,默认是使用C字符串的空字符结尾的
char buf[];

};

其中每项的含义已经在注释中说明。

通过上面的定义，我们可以看到，sds与传统的c字符串做了几方面的优化：

在sds中，记录了“字符数组”的的长度len；

通过使用free可以实现预分配策略优化。

通过这两方面的优化，我们可以得到以下方面的提升：

在做需要设计到内存扩展方面的操作的时候，只要检查free属性，就可以很容易得到是否需要扩展内存，从而避免内存溢出；

在获取字符串长度方面，再也不用花费O(N)时间复杂度，只主要获得len属性就可以得到长度，时间复杂度变为O(1);

我们知道，C字符串和底层数组之间是有密切联系的，因此每次增加或者缩短一个C字符串，都会涉及到对内存的分配，但是使用sds的len属性和free属性，可以减少内存的重分配次数。

关于上面提到的减少内存重分配优化方面，Redis做了两方面的优化，一个是空间预分配和惰性空间释放。

空间预分配：这方面的优化主要是用于字符串的增长操作：当用SDS的API来修改一个SDS，且需要进行空间扩展的时候，程序首先会为SDS分配修改所必须的空间，其次，还会分配额外的使用空间，这里面有两个策略：

    当对SDS的内存进行修改后，SDS的长度已经超过1M了，那么Redis会自动的为这个SDS分配1M的free看空间；

    当对SDS的内存进行修改后，SDS的长度小于1M，那么，Redis会自动给这个SDS分配等同于len的free空间。

惰性空间释放：对于传统的C字符串，如果我们要缩短，那么就一定要释放对应的内存，否则会导致内存泄露，但是Redis中的SDS，会把这部分内存用free来记住，所以，可以不用马上释放，这部分内存可以供以后使用，当然，Redis也提供了相关释放的API。

 

此外，我们对于传统的C字符串，我们只能存储简单的文本字符串，为什么呢？因为在传统的字符串中，我们是使用空字符来判断这个字符串是不是结束了，因此在字符串的中间就不能使用特殊的字符。这给要在多场景应用下的Redis带来了弊端，因此，在Redis的SDS中，并不是用简单的空字符来判断一个buf是不是已经结束了，而是要使用len属性来判断是不是已经结束，因此，在Redis的SDS中的buf 是可以存储文本字符串之外的数据的，因此，在Redis的SDS中，buf更多的是称作一个字节数组。当然，SDS中的buf 也是使用空字符来作为这个串的结尾的，这是为了兼容一部分C字符串的操作函数。

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