动态字符串SDS

基本概括

Redis中保存的Key是字符串，value往往是字符串或者字符串的集合。可见字符串是Redis中最常用的一种数据结构。

但Redis没有直接使用C语言中的字符串，因为C语言字符串存在很多问题（C语言中实际上没有字符串，本质上是字符数组）：

C语言中字符串（字符数组）以'\0'标识字符串结束，如果字符串中本身就包含’\0’就会有问题，另外：

• 获取字符串长度的需要通过运算
• 非二进制安全（以’\0’标识结束）
• 不可修改（拼接字符串需额外申请新的空间）

因此，Redis构建了一种新的字符串结构，称为简单动态字符串（Simple Dynamic String），简称 SDS。

执行 set name likelong 命令
实际上Redis将在底层创建两个SDS，其中一个是包含“name”的SDS，另一个是包含“likelong”的SDS。

结构如下：

上述最大保存255（2^8 - 1）个字节字符数组

Redis源码：多种类型SDS，比较常用的还是上面的类型，无需占用多余内存

sds.h文件

struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr5 {
    unsigned char flags; /* 3 lsb of type, and 5 msb of string length */
    char buf[];
};
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr8 {
    uint8_t len; /* used */
    uint8_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
    unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
    char buf[];
};
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr16 {
    uint16_t len; /* used */
    uint16_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
    unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
    char buf[];
};
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr32 {
    uint32_t len; /* used */
    uint32_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
    unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
    char buf[];
};
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr64 {
    uint64_t len; /* used */
    uint64_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
    unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
    char buf[];
};

例如，一个包含字符串“name”的sds结构如下：

动态扩容

SDS之所以叫做动态字符串，是因为它具备动态扩容的能力。

例如一个内容为“hi”的SDS：

此时要给SDS追加一段字符串“,Amy”，这里空间不够首先会申请新内存空间：

动态扩容分以下两种情况：

1. 如果新字符串小于1M，则新空间为扩展后字符串长度的两倍+1；
2. 如果新字符串大于1M，则新空间为扩展后字符串长度+1M+1。称为内存预分配。

（实际使用内存比真实分配内存小一些）

为什么要这么做？申请内存这个动作非常消耗资源（用户态和内核态之间切换）预分配提高性能

扩容后变成这样：

（alloc长度不包含’\0’）

优点

① 获取字符串长度的时间复杂度为O(1) （len值）

② 支持动态扩容

③ 减少内存分配次数（内存预分配）

④ 二进制安全（无需考虑结束标识符’\0’影响）