背景
redis功能強大，幾乎已經成了現代大中型服務必備的緩存技術了。 除了十分給力的緩存功能，redis當做消息隊列，數據庫也有着不錯的表現。
我們都知道，redis 有五種數據類型，string，list， hash， set 和zset。 其中 最基本的，同時也是最常用的 就是string了。 本文就來談談 redis內部，string 的實現原理：SDS（simple dynamic string）。
redis簡單動態字符竄：SDS
- 在redis里，C語言的字符竄只用來放字符串字面量，即只有當無序對字符串修改的時候才用C的字符串，例如打印日志的時候。
- 除了基本的字符串存儲之外，sds還用做緩沖區。AOF模塊的緩沖區，和客戶端狀態的輸入緩沖區，都是sds實現的。
SDS 定義
struct sdshdr {
// buf 中已占用空間的長度
int len;
// buf 中剩余可用空間的長度
int free;
// 數據空間
char buf[];
};
圖示如下：
-
簡單解釋一下： buf是一個字節數組，是用來放具體數據的。其長度是按一定策略伸縮的，具體解釋在下面。 len 表示buf 中已經使用掉的長度，free表示 buf中尚未使用的長度。
-
buf內 sds 的字符串，總是以空字符結尾，這一點同c字符串一致。 因此sds 可以直接重用一部分c字符串函數庫的函數。
SDS 與C字符串的對比 和優點
1，O(1) 獲取字符串長度
- 因為sds已經存了數據的長度，所以獲取字符串長度復雜度為O（1），而C字符串獲取長度為O（n）。
2，杜絕緩沖區溢出導致的內存問題
- 假設內存區域有s1：“hi”，s2： “redis” 兩個字符串，位置緊鄰，如下圖：
- 此時需要給s1 追加一個“boy”， 如果是C字符串，忘記了在追加之前先給s1 分配空間，此時追加將導致 s2的值被意外的修改。 而使用 sds則不會有這個問題。 因為其封裝好的函數，會在追加數據之前先檢查 空間是否夠用，如果不夠用就擴容。
3，通過空間預分配和空間惰性釋放 減少內存分配問題
-
當給sds的值追加一個字符串，而當前的剩余空間不夠時，就會觸發sds的擴容機制。擴容采用了空間預分配的優化策略，即分配空間的時候：如果sds 值大小< 1M ,則增加一倍； 反之如果>1M , 則當前空間加1M作為新的空間。
-
當sds的字符竄縮短了，sds的buf內會多出來一些空間，這個空間並不會馬上被回收，而是暫時留着以防再用的時候進行多余的內存分配。這個是惰性空間釋放的策略
4， 二進制安全
- c字符串必須符合某種編碼（例如ASCII），且不能包含空字符。 這些限制使得 c字符竄不能保存圖片，音頻等二進制文件。 而sds的api 都是二進制安全的，其所有api 都會以處理二進制的方式來處理buf內的數據，所以不會有任何的限制。
SDS 的API接口列表
| 函數 | 作用 | 復雜度 |
|---|---|---|
| sdsnew | 以一個c字符竄為參數新建sds | O（N） |
| sdsempty | 新建空的sds字符串 | O(1) |
| sdsfree | 釋放sds | O（N） |
| sdslen | 獲取已使用長度 | O（1） |
| sdsavail | 獲取未使用長度 | O（1） |
| sdsdup | 創建一個sds的副本 | O（N） |
| sdsclear | 清空 | O（1） |
| sdscat | 追加C字符串到sds | O（N） |
| sdscatsds | 追加sds字符串到sds | O（N） |
| sdscpy | 用c字符串覆蓋sds值 | O（N） |
| sdsgrowzero | 用空字符串擴展 sds至給定長度 | O（N） |
| sdsrange | 刪除給定區間外的數據 | O（N） |
| sdscmp | 對比sds是否相同 | O（N） |
| sdstrim | 從sds中去除給定c字符串中出現過的字符 | O（N*M） |
總結
sds 其實就是字符串數組的一個封裝，但是由於考慮了多種場景，作者給它適配了多個高效、優雅的接口，使得 sds成為了一個存儲字符串的優秀設計。使得sds成為一個獨立的、可提供高效優質服務的基礎實體。
我們在設計一些偏底層的數據結構、對象、甚至是數據庫表的時候，可以參考sds的設計，從中尋找一些啟發。
參考： 《Redis 設計與實現》 黃健宏
有收獲就點個贊吧~