2.2 Redis中SDS(简单动态字符串) 与C字符串的区别

news2024/11/29 10:45:17

引言:

根据传统，C语言使用长度N+1的字符数组来表示长度为N的字符串，并且字符数组的最后一个元素总是空字符’\0’。
例如,图2-3 就展示了一个值为"Redis"的C字符串。
C语言使用这种简单的字符串表示方式，并不能满足Redis对字符串在安全性、效率以及功能方面的要求，接下来的内容将详细对比C字符串和SDS之间的区别，并说明SDS比C字符串更适合用于Redis的原因。

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2.2.1 Redis 可以，以常数复杂度获取字符串的长度

在传统的C字符串中，其本身，并不记录字符串的长度信息，如果想获取该字符串的长度，那么就需要对字符串进行遍历，对遇到的每个字符进行计数，知道遇到 0元素或者字符’\0’，这个操作的复杂度为O(N)。

和C字符串不同的是，Redis 中 SDS 在len 属性中记录了SDS本身的长度，所以获取一个SDS长度的复杂度仅为O(1)。

设置和更新SDS长度的工作，是由SDS的API 在执行时自动完成的，所以使用SDS无需进行任何手动修改长度工作。

通过使用SDS这种字符串结构，Redis 把获取一个字符串的效率，从O(N) 时间复杂度降低到O(1)，即使我们对一个非常长的字符串键，进行反复的执行STRLEN 命令，也不会对系统性能造成任何影响，因为STRLEN命令的时间复杂度仅为O(1)。

2.2.2 杜绝了缓冲区溢出

传统C字符串，除了获取字符串长度以外，还会造成缓冲区溢出的问题。

例如如果对一个已经分配好内存空间的C语言字符串 char *dest，如果这个时候要对该字符串进行追加的话，那么如果在没有追加之前没有为dest额外分配额外的空间(这往往是粗心的程序猿所做的，但是C语言中确实是这样的。每一次对字符串进行新增或者修改，都要进行一次内存分配)，一旦没有提前进行分配，那么就会产生缓冲溢出。

举个例子，加入程序中，有2个在内存中紧邻的C字符串s1和s2，其中s1保存了"redis",
s2保存了 “mysql5.7”,如图2-7所示。

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如果一个程序员，决定通过执行:

strcat(s1," Java");

那么s1的内容将会被修改为"redis JAVA"(10个字符),但是粗心的他却忘了在执行此函数之前，为s1分配足够的内存空间，那么在strcat函数执行之后，s1的数据将会溢出到s2所在的空间中，会导致s2保存的内容以外地被修改，如果2-8所示。

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与C字符串不同的是，SDS 的空间分配策略完全杜绝了发生缓冲区溢出的可能性:当SDS的API需要对SDS进行修改时，API 会先检查SDS 的空间是否满足修改所需的要求,如果不满足的话，API 会自动将SDS 的空间扩展至执行修改所需的大小,然后才执行实际的修改操作问题，所以使用SDS既然不需要手动修改SDS的空间大小，也不会出现前面所说的缓冲区溢出问题。

举个例子,SDS的API里面也有一个用于执行拼接操作的sdscat函数，可以将一个C字符串拼接到给定SDS所保存的字符串的后面，但是在执行拼接操作之前，sdscat会先检查给定SDS的空间是否足够，如果不够的话，sdscat就会先扩展SDS的空间，然后才执行拼接操作。

例如,如果我们执行:

sdscat(s," Cluster");

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其中SDS值s 如图2-9 所示,那么sdscat将在执行拼接操作之前检查s的长度是否足够，在发现s目前的空间不足以拼接" Cluster"之后，sdscat就会扩展s的空间，然后才执行拼接
" Cluster"的操作，拼接操作完成之后的SDS如图2-10所示。
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注意:图2-10所示的SDS,sdscat不仅对这个SDS进行了拼接操作，它还为SDS分配了13字节的未使用空间，并且拼接之后的字符串也正好是13字节长，这种现象既不是bug也不是巧合，它和SDS的空间分配策略有关。