Redis中的动态字符串（SDS）

news2024/10/7 16:23:26

动态字符串（Simple Dynamic String，SDS）

Redis是用C语言编写的。Redis中的简单动态字符串的设计与实现，兼顾了操作高效、能保存任意数据、以及节省内存的需求。Redis并且还兼容C语言的原生字符串API，从而提高了代码的复用度。

C语言字符串的一些缺点

获取字符串长度需要自己计算或者调用api（例如调用strlen方法）
非二进制安全（C的字符串结束标识符为’\0’，无法完整表示图片、音视频等数据）
缓冲溢出（C的数组不会检查自己的空间是否足够）
多次内存重分配

Redis中的简单字符串

在这里插入图片描述

例如，我存储一个字符串name，存储结构如下

在这里插入图片描述

其中，SDS类型指结构头类型，有以下几个

#define SDS_TYPE_5  0
#define SDS_TYPE_8  1
#define SDS_TYPE_16 2
#define SDS_TYPE_32 3
#define SDS_TYPE_64 4

采用额外的元数据来维护字符数组

Redis对C的字符串的扩展，就是在原有的基础上增加了增加了（字符数组长度）len和（分配空间大小）alloc等元数据。这样一来，需要基于字符串长度进行的追加、复制、比较等操作，就可以直接读取元数据，效率也就提升了。

设计不同的结构头

为什么要设计不同的结构头？当我们存储一些小的字符串比如’name’,'user’这些非常小的字符串，根本没必要去用int64这么大的空间去存储，否则有可能结构体定义比本身数据还要占内存。所以，为了更好的管理内存空间，Redis设计了结构头，定义了 sdshdr5（已弃用），sdshdr8，sdshdr16，sdshdr32，sdshdr64五种SDS类型，分别表示该结构体存储的字节大小。比如sdshdr8，它最大长度可存2^8（包括结束符）。
下面看看其中一个SDS结构体

struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr8 {
    uint8_t len; /* 字符数组现有长度*/
    uint8_t alloc; /* 字符数组的已分配空间，不包括结构体和\0结束字符*/
    unsigned char flags; /* SDS类型*/
    char buf[]; /*字符数组*/
};

采用紧凑内存分配

Redis还采用了__attribute__ ((packed))属性定义结构体，这样一来，结构体实际占用多少内存空间，编译器就分配多少空间。
举个例子，设我定义了一个结构体 s1，它有两个成员变量，类型分别是 char 和 int，如下所示：

 #include <stdio.h>
  int main() {
     struct s1 {
        char a;
        int b;
     } ts1;
     printf("%lu\n", sizeof(ts1));
     return 0;
  }

虽然 char 类型占用 1 个字节，int 类型占用 4 个字节，但是如果你运行这段代码，就会发现打印出来的结果是 8。这就是因为在默认情况下，编译器会给 s1 结构体分配 8 个字节的空间，而这样其中就有 3 个字节被浪费掉了。
比如，我用__attribute__ ((packed))属性定义结构体 s2，同样包含 char 和 int 两个类型的成员变量，如下所示：

 #include <stdio.h>
  int main() {
     struct __attribute__((packed)) s2{
        char a;
        int b;
     } ts2;
     printf("%lu\n", sizeof(ts2));
     return 0;
  }