正文

Redis 沒有直接使用 C 語言傳統(tǒng)的字符串表示（而是以空字符結(jié)尾的字符數(shù)組，以下簡稱 C 字符串），自己構(gòu)建了一種名為簡單動態(tài)字符串（simple dynamic string，SDS） 的抽象類型，并將 SDS 用作 Redis 的默認(rèn)字符串表示。

在 Redis 里面，C 字符串只會作為字符串字面量（string literal），用在一些無須對字符串值進(jìn)行修改的地方，比如打印日志：

redisLog(REDIS_WARNING,"Redis is now ready to exit, bye bye...");

當(dāng) Redis 需要的不僅僅是一個字符串字面量，而是一個可以被修改的字符串值時，Redis 就會使用 SDS 來表示字符串值：比如在 Redis 的數(shù)據(jù)庫里面，包含字符串的鍵值對在底層都是由 SDS 實(shí)現(xiàn)的。

舉個例子，如果客戶端執(zhí)行命令：

redis> SET msg "hello world"
OK

那么 Redis 將在數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建了一個新的鍵值對，其中：

• 鍵值對的鍵是一個字符串對象，對象的底層實(shí)現(xiàn)是一個保存著字符串 "msg" 的 SDS 。
• 鍵值對的值也是一個字符串對象，對象的底層實(shí)現(xiàn)是一個保存著字符串 "hello world" 的SDS。

又比如說，如果客戶端執(zhí)行命令：

redis> RPUSH fruits "apple" "banana" "cherry"
(integer) 3

那么 Redis 將在數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建一個新的鍵值對，其中：

• 鍵值對的鍵是一個字符串對象，對象的底層實(shí)現(xiàn)是一個保存了字符串 "fruits" 的 SDS 。
• 鍵值對的值是一個列表對象，列表對象包含了三個字符串對象，這三個字符串對象分別由三個 SDS 實(shí)現(xiàn)：第一個 SDS 保存著字符串 "apple" ，第二個 SDS 保存著字符串 "banana" ，第三個 SDS 保存著字符串 "cherry" 。

除了用來保存數(shù)據(jù)庫中的字符串值之外，SDS 還被用作緩沖區(qū)（buffer）：AOF 模塊中的 AOF 緩沖區(qū)，以及客戶端狀態(tài)中的輸入緩沖區(qū)，都是由 SDS 實(shí)現(xiàn)的，在之后介紹 AOF 持久化和客戶端狀態(tài)的時候，我們會看到 SDS 在這兩個模塊中的應(yīng)用。

AOF中記錄的是每一個命令的詳細(xì)信息，包括完整的命令類型、參數(shù)等。只要產(chǎn)生寫命令，就會實(shí)時寫入到AOF文件中

SDS的定義

struct sdshdr {
    // 記錄 buf 數(shù)組中已使用字節(jié)的數(shù)量
    int len;
    // 記錄 buf 數(shù)組中未使用字節(jié)的數(shù)量
    int free;
    // 字節(jié)數(shù)組，用于保存字符串
    char buf[];
};

與C字符串的區(qū)別

C語言使用長度為 N+1 的字符數(shù)組來表示長度為 N 的字符串，并且字符數(shù)組的最后一個元素總是空字符 '\0'。

獲取字符串長度

因?yàn)?C 字符串并不記錄自身的長度信息，所以為了獲取一個 C 字符串的長度，程序必須遍歷整個字符串O(N)O(N)O(N) 。

和 C 字符串不同，因?yàn)?SDS 在 len 屬性中記錄了 SDS 本身的長度，所以獲取一個 SDS 長度的復(fù)雜度僅為 O(1)O(1)O(1) 。

杜絕緩沖區(qū)溢出

C 字符串不記錄自身長度帶來的另一個問題是容易造成緩沖區(qū)溢出（buffer overflow）。

假設(shè)程序里有兩個在內(nèi)存中緊鄰著的 C 字符串 s1 和 s2 ，其中 s1 保存了字符串 "Redis" ，而 s2 則保存了字符串 "MongoDB" .

如果一個程序員決定通過執(zhí)行：strcat(s1, "Cluster")將 s1 的內(nèi)容修改為 "Redis Cluster" ，但粗心的他卻忘了在執(zhí)行 strcat 之前為 s1 分配足夠的空間，那么在 strcat 函數(shù)執(zhí)行之后，s1 的數(shù)據(jù)將溢出到 s2 所在的空間中，導(dǎo)致 s2 保存的內(nèi)容被意外地修改。

SDS 的空間分配策略完全杜絕了發(fā)生緩沖區(qū)溢出的可能性：當(dāng) SDS API 需要對 SDS 進(jìn)行修改時，API 會先檢查 SDS 的空間是否滿足修改所需的要求，如果不滿足的話，API 會自動將 SDS 的空間擴(kuò)展至執(zhí)行修改所需的大小，然后才執(zhí)行實(shí)際的修改操作，所以使用 SDS 既不需要手動修改 SDS 的空間大小，也不會出現(xiàn)前面所說的緩沖區(qū)溢出問題。

減少內(nèi)存分配次數(shù)

因?yàn)?C 字符串的長度和底層數(shù)組的長度之間存在著這種關(guān)聯(lián)性，所以每次增長或者縮短一個 C 字符串，程序都總要對保存這個 C 字符串的數(shù)組進(jìn)行一次內(nèi)存重分配操作，在 SDS 中，數(shù)組里面可以包含未使用的字節(jié)，而這些字節(jié)的數(shù)量就由 SDS 的 free 屬性記錄。并實(shí)現(xiàn)了兩種優(yōu)化策略：

空間預(yù)分配，當(dāng)進(jìn)行字符串增長操作時，程序會額外分配空間，并記錄的free字段

比如原長度為8的字符串,新增5個長度后,總共為13長度,則預(yù)分配13+13+1=27字節(jié)(額外一字節(jié)用于保存空字符串)

對于大于1M來說,分配空間為原有總長度+1MB+1byte

比如增加完字符串后長度為15MB,則為15MB+1MB+1byte

惰性空間釋放，當(dāng)進(jìn)行字符串縮短操作時，程序不立即重新分配內(nèi)存，而是用free屬性將這些字節(jié)的數(shù)量記錄起來。

二進(jìn)制安全

C字符串中不能包含空字符串，否則會被誤認(rèn)為是字符串結(jié)尾。所有 SDS API 都會以處理二進(jìn)制的方式來處理 SDS 存放在 buf 數(shù)組里的數(shù)據(jù)，程序不會對其中的數(shù)據(jù)做任何限制、過濾、或者假設(shè) ——數(shù)據(jù)在寫入時是什么樣的，它被讀取時就是什么樣。