Redis的数据结构介绍（一）简单动态字符串SDS

1.SDS的定义

strcuct sdshdr{
	//记录buf数组中已使用字节的数量
	//等于SDS所保存字符串的长度
	int len;
	//记录buf数组中
	int free;
	char buf[];
}

SDS遵循C字符串以空字符结尾的惯例，保存空字符1字节不计算在SDS的len属性里面，并且为空字符分配额外的一字节空间，以及添加空字符到字符串末尾等操作，都是由SDS函数自动完成的，所以这个空字符对使用者完全透明。这样的好处是可以使用一部分C字符串函数库里面的操作。

2.杜绝缓存区溢出

因为C语言字符串不记录自身长度，所以strcat 假定用户在执行这个函数时，已经为dest分配了足够多的内存，可以容纳src字符串中的所有内容，而一旦这个假定不成立时，就会产生缓存区溢出。
与C语言不同的是SDS的空间分配策略完全杜绝了发生缓冲区溢出的可能性：当SDS API需要对SDS进行修改时，API会先检查SDS的空间是否满足修改所需的要求，如果不满足的话，API会自动将SDS的空间扩展至执行修改的所需大小，然后执行实际的修改操作，所以使用SDS既不需要手动修改SDS的空间大小，也不会出现前面所说的缓冲区溢出问题。

3.空间预分配

空间预分配用于优化SDS的字符串增长操作：当SDS的API对一个SDS修改，并且需要对SDS进行空间扩展的时候，程序不仅会为SDS分配修改所必须的空间，还会为SDS分配额外的未使用空间。
额外分配未使用的空间数量由以下公式决定。

1. 如果对SDS进行修改之后，SDS的长度将小于1MB，那么程序分配和len属性同样大小的未使用空间，这时SDS len 属性的值将和free的值相同。举个例子，如果进行修改之后，SDS的len将变为13字节，那么程序也会分配13字节未使用空间，SDS的buf数组实际长度将变为13 + 13 + 1 =27字节（额外的一字节将用于保存空字符串）。
2. 如果对SDS进行修改之后，SDS的长度将大于等于1MB，那么程序会分配1MB的未使用空间。举个例子，如果进行修改之后，SDS的len将变为30MB，那么程序会分配1MB的未使用空间，SDS的buf数组实际长度将为30MB + 1MB + 1byte。通过空间预分配策略，Redis可以减少连续执行字符串增长操作所需要的内存重分配次数。

4.惰性空间释放

惰性空间释放用于优化SDS的字符串缩短操作：当SDS的API需要缩短SDS保存的字符串时，程序并不立即使用内存重分配来回收缩短多出来的字节，而是使用free属性将这些字节的数量记录起来并等待将来使用。
惰性释放的实质：将SDS中的len和free中的数据更新以留用。

5.二进制安全

SDS不是根据判断/0来判断字符串释放结束。所以用户写入数据是什么样的使用就是什么样的。

6.总结

C字符串	SDS
获取字符串长度的复杂度为O(N)	获取字符串长度的复杂度为O(1)
API是不安全的，可能会造成缓冲区溢出	API是安全的，不会造成缓冲区溢出
修改字符串长度N次必然需要执行N次内存重分配	修改字符串长度N次最多需要执行N次内存重分配
获只能保存文本数据	可以保存文本或者二进制数据
可以使用库中的函数	可以使用一部分的函数

本文参考黄健宏的《Redis设计与实现》，点击关注本人的微博：不会敲代码的小白。会陆续跟新微博技术文章。