Redis研究-1.簡單動態字符串

咱們知道，在C字符串中，底層的實現是使用c字符數組來實現的，可是在高性能以及內存安全方面，使用底層的c字符串是知足不了的，舉個簡單的例子，若是你使用strcat(s,s1)函數，若是在操做以前不判斷s的空間是否可以容納s1的內容，那麼就頗有可能致使內存溢出，而致使操做失敗，所以，爲了知足性能及內存安全方面的要求，Redis實現了SDS。

SDS的定義是（位於sds.h）：

struct sdshdr {
   
    // buf 中已佔用空間的長度
    int len;

    // buf 中剩餘可用空間的長度
    int free;

    // 數據空間,默認是使用C字符串的空字符結尾的
    char buf[];
};

其中每項的含義已經在註釋中說明。

經過上面的定義，咱們能夠看到，sds與傳統的c字符串作了幾方面的優化：

1. 在sds中，記錄了「字符數組」的的長度len；

2. 經過使用free能夠實現預分配策略優化。

經過這兩方面的優化，咱們能夠獲得如下方面的提高：

1. 在作須要設計到內存擴展方面的操做的時候，只要檢查free屬性，就能夠很容易獲得是否須要擴展內存，從而避免內存溢出；

2. 在獲取字符串長度方面，不再用花費O(N)時間複雜度，只主要得到len屬性就能夠獲得長度，時間複雜度變爲O(1);

3. 咱們知道，C字符串和底層數組之間是有密切聯繫的，所以每次增長或者縮短一個C字符串，都會涉及到對內存的分配，可是使用sds的len屬性和free屬性，能夠減小內存的重分配次數。

關於上面提到的減小內存重分配優化方面，Redis作了兩方面的優化，一個是空間預分配和惰性空間釋放。

1. 空間預分配：這方面的優化主要是用於字符串的增加操做：當用SDS的API來修改一個SDS，且須要進行空間擴展的時候，程序首先會爲SDS分配修改所必須的空間，其次，還會分配額外的使用空間，這裏面有兩個策略：

1. 當對SDS的內存進行修改後，SDS的長度已經超過1M了，那麼Redis會自動的爲這個SDS分配1M的free看空間；

2. 當對SDS的內存進行修改後，SDS的長度小於1M，那麼，Redis會自動給這個SDS分配等同於len的free空間。

2. 惰性空間釋放：對於傳統的C字符串，若是咱們要縮短，那麼就必定要釋放對應的內存，不然會致使內存泄露，可是Redis中的SDS，會把這部份內存用free來記住，因此，能夠不用立刻釋放，這部份內存能夠供之後使用，固然，Redis也提供了相關釋放的API。

    

此外，咱們對於傳統的C字符串，咱們只能存儲簡單的文本字符串，爲何呢？由於在傳統的字符串中，咱們是使用空字符來判斷這個字符串是否是結束了，所以在字符串的中間就不能使用特殊的字符。這給要在多場景應用下的Redis帶來了弊端，所以，在Redis的SDS中，並非用簡單的空字符來判斷一個buf是否是已經結束了，而是要使用len屬性來判斷是否是已經結束，所以，在Redis的SDS中的buf 是能夠存儲文本字符串以外的數據的，所以，在Redis的SDS中，buf更多的是稱做一個字節數組。固然，SDS中的buf 也是使用空字符來做爲這個串的結尾的，這是爲了兼容一部分C字符串的操做函數。