Redis源码篇- SDS

Redis对于String类型，底层使用的是SDS（简单动态字符串），而不是常规的C语言的字符数组 。

通常在C中，定义一个字符串，方式是通过字符数组表示，同时结尾使用/0表示结束：char [] = "hello,world/0"；
计算字符串长度则为：遍历char[]，复杂度O(n) ;  

常规的C中字符串使用带来的问题：

• 获取长度复杂度为O(n)，Redis在万+的处理时，会收到一定性能影响。

• 常规字符串读取，遇到"/0"会自动结束，对于Redis来说是二进制不安全的，因为可能存在String类型values就是存在\0的内存，此时就会被错误截断，这也是二进制不安全。

• 同时当需要对字符串进行修改时，需要重新分配空间，否则会有缓存区溢出或者内存泄漏的风险。

SDS是基于C字符串之上的一种封装，用来解决C字符串的缺陷问题，这种封装的特殊的数据结构就是SDS。

数据结构：sdshdr5

sdshdr8

 SDS数据结构体名称sdshdr，分为5、8、16、32、64 5种，根据数据内容大小自动选择适合SDS结构存储，节省空间。

sdshdr 和 sds是什么关系？
  SDS是一个字符数组指针，指向了sdshdr种buf[] ， 所以可以理解为SDS就是字符数组，但是可以通过SDS获取到sdshdr中len等相关信息（通过指针位数的计算，获取）

 Redis为什么使用SDS，高效？

1、高效获取字符串长度，复杂度O(1)

常规的C字符串长度获取，需要遍历Char数组，复杂度O(n)，SDS中可以通过，指针的移动获取到len等内容，复杂度O(1) ; 比如多次使用strlen指令会提高效率，记住Redis是将面临万+的请求处理的，所以该提效是非常有用的。

2、减少内存重新分配次数，即减少内核调用

常规C字符串中，对内容进行修改，需要重新分配内存大小 ，比如ABC存储时，分配大小为3字节：

•      如果新增内容时，需要重新进行内存分配，否则会缓冲区溢出。

•       如果减少内容时，也需要重新进行内存分配，否则会有内存溢出风险。

SDS结构体系中，存有当前总申请空间大小alloc 和使用空间大小use ， 于是就能得出free空间大小（在版本redis就是存有free属性）；SDS就是通过free实现了
空间预分配和惰性空间释放两种优化。 

· 空间预分配

用于添加字符串内容时 ： 此机制有点像java中list内存分配了 。
大致策略 ： 当SDS需要更多内存分配时，不久分配需要的空间，也会分配更多的free空间，这样下一次append内容时，就不会在重新分配空间，当再一次需要分配空间时，依然会多分配空间。（当newlen< 1mb，则free分配 = len大小 ， 当newlen >=1mb，则分配free = 1bm）

· 惰性空间释放
用于缩短字符串内容时
大致策略 ： 当SDS需要缩短字符串内容时，不会立马释放多余空间，而是将多余的空间大小记录到free中，以供下次使用。（当达到某种条件时-free > 10% * len
，通过客户端操作触发，再去释放多余空间 -- 惰性）

 3、二进制安全

c字符串中的字符必须符合某种编码（ASCII），不能保存图片，音频等这样的二进制数据在读取时必须按照格式进行读取。
SDS是通过len来决定截取字符数组的内容的，而不是像常规 C字符串通过/0 ，来截取，所以SDS保留了完整的字符串内容，所以是二进制安全的。

4、节省空间

Redis使用SDS会根据内容大小，使用不同结构的SDS，比如sdshrd5、8、16等，不同结构体空间大小不同，对于小的字符数组内容就是用小SDS结构，节省空间。

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