Redis設計與實現讀書記-SDS

簡單動態字符串（SDS）

​ Redis是使用C語言實現的，沒有使用C語言傳統的字符串表示，而是使用本身構建的一種簡單動態字符串（simple dynamic string， SDS）的抽象類型，並用做Redis的默認字符串表示。依然遵照了C語言中以'\0'結尾的慣例。

​ 除了保存字符串值以外，還被做用緩衝區（buffer）：AOF模塊中的AOF緩衝區一級客戶端狀態中的輸入緩衝區，都是由SDS實現。

1. SDS的結構：

​ **注：**在保存空字符（'\0'字符）空間不計算在SDS的len屬性中，爲空字符分配額外的1字節空間。對於空字符到字符串末尾等操做，均由SDS函數自動完成。遵循這一慣例，好處是SDS能夠直接重用一部分C字符創函數庫中的函數。

SDS與C字符串的區別

1. 常數複雜度獲取字符串長度

​ C字符串不記錄自身長度信息，爲了獲取一個C字符串的長度，必須遍歷整個字符串，整個操做的複雜度爲O(N)。

​ SDS在len屬性中記錄了SDS字符串自己的長度，獲取長度的操做複雜度僅爲O(1)。SDS的長度操做由API自動完成，無須進行任何手動修改長度的工做。

2. 杜絕緩衝區溢出

​ C字符串容易形成緩衝區溢出（buffer overflow）。例如：在C字符串進行拼接時，源字符串長度未分配足夠多的內存，就會產生緩衝區溢出的問題。

​ SDS在字符串拼接以前則會先判斷源字符串的內存是否足夠。不夠則分配足夠的空間，從而杜絕了發生緩衝區溢出的肯能性。

3. 減小修改字符串時帶來的內存重分配次數

​ C字符串底層實現老是一個N+1長度的數組(額外的一個字符空間用於保存空字符)。若進行拼接操做，在執行這個操做前，須要經過內存重分配來擴展底層數組的空間大小，不然會產生緩衝區溢出。若進行截斷操做，須要經過內存重分配來釋放字符串再也不使用的空間，不然會產生內存泄漏。

​ SDS中buf數組的長度 不必定就是字符數量加一，數組中能夠包含未使用的字節，數量則保存在free屬性中。

3.1 空間預分配

​ 用於優化SDS的字符串增加操做：當SDS進行空間擴展時，程序不只會爲SDS分配必須的空間，還會分配額外的未使用空間。

1. 若是SDS的長度(len的屬性值)小於1MB,則會分配和len一樣大小的未使用free空間。此時實際長度爲：len + free + 1 字節
2. 若是SDS的長度大於等於1MB，則會分配1MB的未使用空間。
複製代碼

​ 經過空間的預分配策略，Redis能夠減小連續執行字符串增加操做所需的內存重分配次數。SDS將連續增加N次字符串所需的內存重分配次數從一定N次下降爲最多N次。

3.2 惰性空間釋放

​ 用戶優化SDS的字符串的縮短操做：當SDS進行空間縮短時，程序不當即使用內存重分配來回收縮短後多出來的字節，而是使用free屬性將多餘的字節記錄起來，等待未來使用。

惰性釋放的策略，SDS避免了縮短字符串時須要的內存重分配操做，併爲未來的增加提供了優化。也能夠真正地釋放未使用空間，沒必要擔憂會形成的內存浪費。
複製代碼

4. 二進制安全

​ 避免了C字符串中，讀取到空字符('\0')結束讀取的問題。SDS結構中的buf數組，都會以二進制的方式進行處理，它保存的是一些列的二進制數據。SDS中使用len屬性值判斷字符串是否結束。Redis不只能夠存文本數據，還能保存任意格式的二進制數據。

5. 兼容部分C字符函數

​ 遵循C字符的要求，能夠複用C中的一些函數，避免了沒必要要的代碼重複。

6. 總結

7. SDS API

8. 回顧