2.1 Redis-简单动态字符串(SDS)

 SDS(simple dynamic string):简单动态字符串，Redis没有使用C语言中字符串(空字符'\0'结尾字符数组)，而是构建了sds作为默认的字符串表示。

 redis中使用C语言字符串作为不可修改的字面量，例如打印日志；sds不仅作为字面量还可以作为修改的字符串值，缓冲区等。
 结构定义：

struct sdshdr {
    // len=记录buf数组中已使用字节的数量=sds保存字符串的长度
    int len;
    // 记录buf数组中未使用字节的数量
    int free;
    // 字节数组，用于保存字符串
    char buf[];
};

 图解：

1.1.1动态字符串示意图.png

如1.1.1 动态字符串示意图所示
  free=0：表示不存在未使用字节；
  len=5：表示存储了5个字符；
  buf：表示char类型数组，分别保存'R'、'e'、d、'i'、's'，最后一个字节保留了'\0'，sds遵循C语言中已'\0'结尾，1字节不会保存在sds中len属性，会额外分配内存，添加'\0'可以让sds重用部分C语言中的函数。

 sds与C字符串区别：
 1. O(1)复杂度获得字符串长度
  C字符串本身没有记录字符串长度，需要整体遍历（时间复杂度O(n)）字符串才能获得字符串长度。
  sds中len保存已存字符的长度，访问len对应值获得字符串长度，时间复杂度为O(1)。
 2. 去除字符串溢出的危险
  C字符串容易造成缓冲区溢出，如果修改字符串时，没有考虑到字符串长度，执行函数时会溢出，造成原先字符串内容丢失。例如用原字符串S1保存"Redis",S2保存"MongoDB"，在不考虑字符串溢出情况下，使用"Redis Cluster"替换字符串"Redis"会造成字符串溢出导致S2字符串被修改。

1.1.2 C字符串溢出情况.png

  sds空间分配策略去除字符串溢出的危险，sds需要修改时，对应的API会首先检查空间是否满足需求，不满足会自动进行扩容到可以完成操作的空间大小，然后进行字符串修改。扩容时增加len大小。
 3. 减少修改字符导致内存重分配的次数
  上面说到扩容会增加len的大小，增加多少呢？有扩容就会有对应空间回收，怎样回收呢？
  sds通过free(未使用的)解除len(字符串长度)和底层数据的关系。在C字符串中，每次修改字符串要保证字符串和底层数组对应，不然会造成字符串溢出，简单解释上面的两个问题。redis是高性能键值缓存数据库，修改经常频繁发生，如果采用C字符串会带来效率底下问题，sds通过未使用空间，采用空间预分配和惰性空间释放解决上面的问题。
  空间预分配：在扩容分配时，不仅会分配需要的空间还会分配额外未使用的空间。具体的分配方式如下：
   当len<=1M,分配后的free(未使用空间)=len(sds保存字符串的长度);
   当len>1M,free(未使用空间)=1M。
  通过预分配空间，由原连续增长N次需要分配N次空间，现在改变到至多增加N次空间，减少内存重分配次数。
  惰性删除：当sds字符串缩短时，并不立即回收空间，而是把len减少的空间加到free中，等待以后使用。通过惰性删除减少了因字符串缩短带来的空间重分配。在合适的时候，redis会释放sds未使用的空间，不会造成内存浪费。
 4. 二进制安全
  C字符串因为是'\0'作为结束符，因此在字符传中不能包含空字符串，这限制了C字符串不能保存二进制流。
  sds使用len值而不是空字符串判断字符串作为结束符，因此可安全保存二进制。
 5. 重用C函数
  sds使用API在字符串最后添加空字符('\0')，让sds可以重用部分C函数，避免代码重复。

小结：

1. C字符串只在字面量中使用，大多数使用SDS作为字符串表示
2. SDS相较于C字符串有以下优点
    ① len保存存储字符串长度，因此O(1)时间复杂度获得字符串长度；
    ② API自动扩展内存，去除字符串溢出的危险；
    ③ 采用空间预分配和惰性删除减少空间重新分配；
    ④ sds字符串使用len计算结尾，二进制安全；
    ⑤ sds以'\0'结尾，可以使用部分C函数；