Redis深入理解之简单动态字符串（SDS）

Redis是目前最火爆的内存数据库之一，通过在内存中读写数据，大大提高了读写速度，可以说Redis是提高网站性能的重要手段。Redis没有使用C语言传统的字符串表示，而实自己构建了一种名为SDS（Simple Dynamic String）的简单动态字符串的的抽象类型，并将SDS用作redis的默认字符串表示。下面就来了解一下SDS的结构与特点

SDS的结构

SDS的源码如下：

struct sdshdr {
     int len;
     int free;
     char buf[];
};  

1. Buf属性表示一个char类型的数组，用于保存字符串。
2. Len属性表示buf数组中已使用字节的数量（SDS中所保存的字符串的长度）。

3. Free属性表字符数组中未使用的字节数量。

   SDS遵循了C字符串以空字符结尾的惯例，保存空字符的1字节空间并不计算在SDS的len属性中。以空字符结尾，以便SDS可以重用一部分C字符串函数库中的函数。

SDS与C字符串的比较（特性与优势）

1.常数复杂度获取字符串长度

C字符串并不记录自身的长度信息，所以获取C字符串的长度，需要遍历整个字符串，复杂度为O(N)，而SDS的len属性记录了SDS本身的长度，所以获取SDS长度的复杂度为O(1)，获取字符串长度的性能有显著的提升。

2.防止缓冲区溢出

free属性使得SDS在进行修改的时候，会先检查SDS的空间是否满足修改的需要，如果不满足，则会先对SDS进行扩容然后再进行修改，防止缓冲区溢出。

3.减少修改字符串时的内存重分配次数

C字符串不记录自身的长度，每次增长或缩短C字符串时，都会进行一次内存重分配操作。在一些需要频繁修改数据的场景，大量的内存重分配会对性能造成影响。SDS自身的free属性，通过两种优化策略，可以一定程度上解决这样的问题。

空间预分配策略

当创建一个SDS或者需要对于SDS进行空间扩展的时候，不仅会对SDS分配修改必要的空间，还会为SDS分配额外的未使用空间，而对于未使用空间的数量由以下公式决定：

1. 当修改后的SDS长度（ｌｅｎ属性）小于１ＭＢ的时候，那么会分配同样大小的未使用空间。
2. 当修改后的SDS长度大于１MB的时候，会分配１MB的未使用空间。

惰性空间释放

在进行SDS的缩短操作时，并不会立刻释放缩短后多处的字节，而是使用ｆｒｅｅ属性记录下来，以便当SDS增长的时候，可以直接使用未分配的空间。SDS也提供了相应的API，在有需要的时候，可以真正的释放SDS的未使用空间，以免造成内存浪费甚至是内存泄漏。

二进制数据的读取

C字符串中除了末尾之外，字符串中不能包含空字符串，因为C字符串并不记录自身的长度，所以当遇到中间的空字符时，将会被误认为时字符串的结尾，所以C字符串只能保存为本数据，不能保存二进制数据。而SDS在读取数据的时候，可以根据ｌｅｎ属性来判断字符串时候结束，保证了数据的准确性。