Redis设计与实现要点（1）--SDS字符串

SDS(简单动态字符串)是Redis里使用的一种抽象类型。Redis只在字符串不需要更改的场景下才会使用C语言中传统的字符串（例如打印日志时），在其余场景下，Redis均使用自己重新定义的SDS类型来表示字符串

1 SDS结构：

SDS的本质就是一个char类型指针，但是由于其存在一个数据头（sdshdr结构体），所以他可以更好地存储和更改字符串的值，sdshdr结构主要有三块

1. int len 记录buf数组中已使用字节数量，等于SDS保存字符串长度
2. int free 记录当前字符串未使用的字节数量
3. char buf[] 字节数组，保存字符串（以空字符‘\0’结束，但空字符不计入len）

2 SDS优势

2.1 能在O(1)时间复杂度获取字符串长度

这个很好理解，普通的C语言字符串，想要获取它的长度，必须使用for循环遍历记录长度。而SDS的sdshdr结构体中存储了len属性，因此可以直接取到他的长度。
设置和更新SDS长度的工作时由SDSAPI执行时自动完成的，无需使用者手动干预。

2.2 杜绝缓冲区溢出

c语言中传统字符串的另一个问题是，容易造成缓存区溢出，例如当使用strcat（char *dest , const char *src）(将src字符串接到dest字符串后)时，程序员必须保证目标字符串有足够大的容量，否则会出现溢出的错误。
而SDS避免了这种错误，SDS被修改时，API会首先检查SDS的空间是否足够大，若不够大则会修改字符串大小再进行操作，例如SDS的sdscat函数就不会出现溢出的错误。

2.3 减少修改字符串带来的内存重分配次数

这里还是和上面的2.2有关，c语言的字符串和内存里字符数组的长度具有关联性，所以每次增加字符串都要重新进行内存重分配，而SDS由于sdshdr的存在，允许预设一定长度的未使用字节，减少了内存重分配的次数（只有未使用空间不足时才会扩容）。下面主要介绍SDS内存的空间优化策略：

2.3.1 空间预分配

这个类似于java里ArrayList的内存分配（注意，只是类似，ArrayList每次扩容是扩容原始大小的50%+1）在SDSAPI对字符串进行更改需要对字符串扩容时，不仅会扩容这次需要的大小，更会分配额外的未使用空间，其计算方法有两种：

1. 若对SDS修改后的长度小于1MB(即len属性的值小于1MB)，则会分配len属性长度一样的未使用空间
2. 若对SDS修改后的长度大于等于1MB，则会分配1MB的未使用空间

2.3.2 惰性空间释放

SDS字符串在缩短操作时，并不会立即执行内存重分配收回多出来的字节，而是使用free属性把这些字节记录下来等待将来使用
但同时，SDS也提供了API进行真正释放未使用空间，所以不用担心内存浪费

2.4 二进制安全

这个也很好理解，由于SDS字符串不像C语言字符串仅仅用空字符‘\0’来判断字符串结束（SDS有len属性），因此SDS可以保存任意二进制文件。（C语言可能会错将二进制文件中的‘\0’认为成结束标志）

2.5兼容部分C字符串函数

由于SDS的buf字节数组同样遵从了以‘\0’结束的惯例（注意：他并不使用‘\0’来判断结束），因此他可以复用一些C语言的字符串函数代码