Redis原始碼閱讀：Redis字串SDS

Npcccccc發表於2018-06-21
Redis原始碼字串

SDS 基本概念

簡單動態字串（Simple Dynamic String）SDS，用作Redis 的預設字串。
C語言中的字串：以空字元結尾的字元陣列

SDS實現舉例

redis > SET msg "hello world"
OK

我們通過 SET 在 Redis 資料庫中建立了一個資料鍵物件為 "msg" 和 資料值物件為 "hello world" 的鍵值對，其中資料鍵和資料值物件底層的字串實現都是 SDS 。同時， SDS 還被用於 AOF 緩衝區。

SDS 定義

struct sdshdr {

    # 記錄 buf 陣列中已使用位元組的數量，即當前字串長度值  

    # 等於 SDS 所儲存字串的位元組長度

    int len;

    # 記錄 buf 陣列中未使用位元組的數量，buf空餘可用的長度，append時使用  

    int free;

    # 位元組char陣列，用於儲存字串，實際儲存字串資料，最後一個位元組儲存了空字元 '\0'

    char buf[];
};

buf 屬性的位元組陣列中的字串長度等於 len 屬性值加上1，因為 Redis遵循 C語言的規範，在SDS資料型別字串的結尾加上了 空字串，額外佔用 1 個位元組空間，這1個位元組空間不計算在 SDS 的 len屬性裡面。

由於SDS將字串的結尾加上了 空字串符合C語言字串規範，Redis 字串操作可以相容C語言中一部分字串庫中的函式，Redis 無需專門為 SDS在編寫一套函式。

SDS的優點

常數複雜度獲取字串長度

  1. C字串需要遍歷整個字串，計數，直到碰到空字元，停止計數，複雜度為O(N)

  2. SDS獲取 len 屬性值即可，複雜度為 O(1) 。所以 STRLEN 的複雜度也為 O(1)

API安全，杜絕緩衝區溢位

  1. C字串在進行字串拼接 strcat 時，需要預先分配足夠的空間，來容納拼接的字串，否則會造成緩衝區溢位的問題，比如臨近的空間有另外一個字串。

  2. SDS 在進行字串拼接時，會先檢查 len 的長度是否足夠，如果不夠，會先擴充套件 len，再進行字串拼接。

減少修改字串長度時所需的記憶體重分配次數

  1. 空間預分配
    當對 SDS 進行空間擴充套件時，計算擴充套件之後的 len值如果小於 1mb，那麼久會分配 擴充套件之後的 len 值給 free 屬性作為，為下次擴充套件時預分配的未使用空間，如果下次擴充套件所需位元組空間小於 free 的值，那麼就無需進行空間擴充套件，直接使用未使用空間。

  2. 惰性空間釋放
    同樣，預設情況下，對 SDS 進行縮減時，縮減的空間不會立刻被這個SDS釋放，而是分配給 free ，如果之後再進行擴充套件時，有可能會用到。

Redis 的 SDS 型別通過這兩種空間分配策略，減少了字串增長縮減時所需的記憶體重分配操作，為記憶體分配提供了優化。

二進位制安全

Redis 通過 len屬性的值來判斷是否結束，而不是C字串的 \0 作為結束。

相容部分C字串函式

上面已經提到SDS在末尾新增了 \0 ，這樣可以相容部分C字串函式，可以直接使用 <string.h> 函式庫。

相關文章