redis设计与实现：简单动态字符串SDS

1、SDS定义

SDS遵循C字符串以空字符结尾的惯例，保存空字符的一字节空间不计算在SDS的len属性里面。空字符对于SDS使用者是透明的，遵循空字符结尾的好处是SDS可以直接重用一部分C字符串函数库里面的函数。

 

 

 

2、SDS和C字符串的区别

1）常数复杂度获取字符串长度：C语言获取一个字符串的长度需要遍历整个字符串时间复杂度为O(N)，而SDS在属性len中记录了字符串长度，获取字符串长度的时间复杂度为O(1)。

2）杜绝缓冲区溢出：C字符串在执行拼接字符串时，如果长度不够会产生缓冲区溢出的问题，而SDS在拼接字符串时，会先检查空间是否足够，如果不满足会将空间自动扩展至执行修改所需的大小，然后再执行操作。

3）减少修改字符串时带来的内存重分配次数：C字符串的长度和底层数组的长度之间存在着关联性，每次增加或缩小一个C字符串，程序都需要对C字符串的数据进行内存重分配操作，为了避免C字符串的这种缺陷，SDS通过未使用空间解除了字符串长度和底层数组间的关系，通过未使用空间SDS实现了空间预分配和惰性空间释放两种优化策略。

a)空间预分配：用于优化SDS字符串的增长操作，当SDS的API需要对字符串进行空间扩展的时候，不仅会为SDS分配所必须的空间外，还会额外分配未使用空间。

额外分配未使用空间的策略：对SDS进行修改后，长度小于1M，那么程序分配和len属性同样大小的未使用空间，这时SDS len属性的值和free属性的值相同 ，如：修改后SDS的长度为13字节，那么程序也会分配13字节的未使用空间，SDS buf的实际长度为13+13+1 = 27字节（额外的一字节用于保存空字符）； 如果对SDS进行修改后，长度大于等于1M，那么程序会分配1M的未使用空间，如：修改后SDS的长度为30M，那么程序会分配1M的未使用空间，SDS buf的实际长度为30M+1M+1byte 。

b)惰性空间释放：用于优化SDS字符串的缩短操作，当需要缩短SDS的字符串时，程序并不立即使用内存重分配来回收缩短后多出来的字节，而是使用free属性将这些字节的数量记录下来，并等待将来使用。

4）二进制安全：C字符串必须符合某种编码，字符串里面不能包含空字符，使得C字符串只能保存文本。SDS的API都是二进制安全的，都会以处理二进制的方式处理SDS存放在buf数组里的数据，写入什么样，读取就是什么样，redis不是用buf属性来保存字符，而是保存一系列的二进制数据。

5）兼容部分C字符串函数：