Redis 学习笔记 01：SDS 简单动态字符串

一、背景

1、Redis 是一个 key-value 存储系统，由 C 语言实现的

它支持存储的 value 类型很多（对外经常被用到的 五 种数据结构），包括 string(字符串)、list(链表)、set(集合)、zset(sorted set --有序集合)和 hash（哈希类型） 

2、Redis 数据库里面每个键值对都是由对象组成的：

• 键：总是一个字符串对象

• 值：字符串对象 / 列表对象 / 哈希对象 / 集合对象 / 有序集合对象

3、数据结构：SDS、双端链表、字典、压缩列表、整数集合 是内部使用的基础数据结构

这些基础的数据结构不仅和 redisObj 一起构成了对外暴露的 5 种数据结构，还被运用于 redis 内部的各种存储和逻辑交互，支撑起了 redis 的运行。

二、SDS 定义

Redis 没有直接使用 c 语言的字符串，而是自己定义了一个字符串数据结构：SDS(simple dynamic string)作为默认的字符串。我们设置的所有键值基本都是 SDS。

问题 1 ：为什么 buf 数组是 字节数组？

（下面会有解答）

问题 2：为什么 Redis 要自己定义一个字符串数据结构，而不是使用 C 字符串呢？

C 字符串是这样的：

答：C 语言使用这种简单的字符串表示方法，并不能满足 Redis 对字符串在安全性、效率性以及功能方面的要求。

问题 3：为什么 C 字符串不能满足 Redis 对字符串在安全性、效率性以及功能方面的要求呢？

下面 三 即答案

三、SDS 与 C 字符串的区别

1、常数复杂度获取字符串长度

C 语言 ———— O（N）

SDS   ———— O（1）

因为其结构中保存了 len 这一属性

并且我们不需要手动修改 len 属性，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。

2、杜绝缓冲区溢出

C 语言：不记录自身长度，带来问题：容易造成缓冲区溢出

SDS：能做到自动扩展空间，杜绝溢出

           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要的空间，如果不满足，API 会自动将 SDS 的空间扩展至执行修改所需的大小，然后才执行操作

3、减少修改字符串时带来的内存重分配次数

C 语言：每次处理增长或者缩短操作时，程序会对这个 C 字符串的数组进行一次内存重分配操作，很耗时

SDS：SDS 的 free 属性！

通过 free 属性（未使用空间），SDS 实现了 空间预分配 （场景：字符串增长）和 惰性空间释放 （场景：字符串缩短）两种优化策略！

（1）空间预分配

当 SDS 的 API 对一个 SDS 进行空间拓展时，程序不仅为 SDS 分配修改所需要的空间，还会为 SDS 分配额外的未使用空间，这与 cache 中的一些算法思想相类似，都是认为最近使用过的数据可能会被再次访问或者修改，于是便给其一个预留的未使用空间！

（2）惰性空间释放

当对 SDS 进行缩短时，程序并不立即使用内存重分配回收缩短后多出的字节，而是使用 free 属性将这些字节数量记录下来，等待未来可能的增长操作。

四、二进制安全

Redis 作为数据库，就必须确保能够在各种场景中使用，所以 SDS 的 API 都是二进制安全的！这里的各种各样场景指的是，保存的音频、图片、视频等等数据。

所以 SDS 的 buf 属性被称为字节数组——Redis 保存的数据不是“字符”，而是二进制数据！（问题 1 答案）

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