Redis-SDS

news2024/11/24 10:37:34

本文你能得到：

1 SDS基本介绍。

2 SDS与 C语言传统字符串的区别，为什么使用SDS。

3 SDS的结构和策略详解。

1 SDS 是什么？用来做什么？

1.1 Redis没有直接使用C语言传统的字符串表示（以空字符结尾的字符数组），而是自己构建了一种名为简单动态字符串（simple dynamic string，SDS）的抽象类型，并将SDS用作Redis的默认字符串表示。

1.2 在Redis的数据库里面，包含字符串值的键值对在底层都是由SDS实现的。

2 SDS结构：

2.1类

struct sdshdr {
    //记录buf数组中已使用字节的数量
    //等于SDS所保存字符串的长度
    int len;
    //记录buf数组中未使用字节的数量
    int free;
    //字节数组，用于保存字符串
    char buf[];
};

2.2图

2.3 讲解

free 用于存储buf数组剩余可用空间

len用于存储已用空间

buf 字节数组用于存储内容

2.4 问题

为什么数组最后 '\0' 空结尾？

请看3.1

3 char数组介绍的缺点

3.1 char 介绍

char 数组在写入时候会分配内存，比如写入 Redis 就会分配6个存储空间，如图

这样在char读取的时候，首先会根据内存指针找到开头的R 然后到 \0 结束，如果么有\0 char就不知道什么时候结束，但为啥SDS也要这样呢，因为能复用string.h等对字符串操作的工具类。

缺点1 缓冲区溢出。

举例当两个char ＜string.h＞/strcat函数可以将src字符串中的内容拼接到dest字符串的末尾：

char *strcat(char *dest, const char *src);

如果dest没有分配足够的内存空间，就会导致超出 dest 内存空间的部分被写上src的数据，超出的部分可能分配给了其他变量，所以会导致其他变量数据错误，缓冲区溢出。

缺点2 内存泄漏

如果通过函数删除了char数组中的一些数据，如果么有重新分类空间，会导致内存泄漏，删除的部分将不会被使用。

缺点3 重新分配地址

所以每次操作char都需要重新分配内存空间，来解决字符增加导致的缓冲区溢出，和减少字符串导致的内存泄漏，这样每次分配内存就有很大的成本，不适合redis这么频繁的操作。

缺点4 获取数组长度时间复杂度O(N)

如果要获取字符产股需要循环每一个字符计数，时间复杂度O(N））而 SDS只需要返回len就可以时间复杂度O(1)

总结：

1 如果程序执行的是增长字符串的操作，比如拼接操作（append），那么在执行这个操作之前，程序需要先通过内存重分配来扩展底层数组的空间大小——如果忘了这一步就会产生缓冲区溢出。

2 如果程序执行的是缩短字符串的操作，比如截断操作（trim），那么在执行这个操作之后，程序需要通过内存重分配来释放字符串不再使用的那部分空间——如果忘了这一步就会产生内存泄漏。

4 SDS如何解决内存以上问题

4.1 空间预分配解决缓冲区溢出问题，避免频繁分配内存，代价是多一些有可能不会被使用到的空间浪费。

策略1

如果对SDS进行修改之后，SDS的长度（也即是len属性的值）将小于1MB，那么程序分配和len属性同样大小的未使用空间，这时SDS len属性的值将和free属性的值相同。举个例子，如果进行修改之后，SDS的len将变成13字节，那么程序也会分配13字节的未使用空间，SDS的buf数组的实际长度将变成13+13+1=27字节（额外的一字节用于保存空字符）。

策略 2

如果对SDS进行修改之后，SDS的长度将大于等于1MB，那么程序会分配1MB的未使用空间。举个例子，如果进行修改之后，SDS的len将变成30MB，那么程序会分配1MB的未使用空间，SDS的buf数组的实际长度将为30MB+1MB+1byte。

4.2 惰性空间释放可以解决内存泄漏问题，避免频繁分配内存，缺点也是空间浪费。

惰性空间释放用于优化SDS的字符串缩短操作：当SDS的API需要缩短SDS保存的字符串时，程序并不立即使用内存重分配来回收缩短后多出来的字节，而是使用free属性将这些字节的数量记录起来，并等待将来使用。