Redis3.20阅读-SDS实现

声明：这是本人参考黄建宏的《redis设计与实现》(源码版本是redis3.0)来学习redis3.20源码的笔记,如果有什么不对的地方，欢迎大家指正，大家一起学习、一起进步,QQ:499656254。

一、SDS介绍

SDS又叫简单动态字符串，在Redis中默认使用SDS来表示字符串。比如在Redis中的键值对中的键一般都是使用SDS来实现。首先需要说明的是在Redis中，字符串不是用传统的字符串来实现，而是Redis自己构建了一个结构来表示字符串。优点如下：

1、O(1)时间内获取字符串长度。(依据其结构特性，只需要访问其结构体成员len既可获得字符串长度)

2、SDS提供的一些API操作，是二进制安全的(也就是不会因为空格等特殊字符而中断字符串)、不会溢出(API操作会检查其长度)

3、减少了修改字符串时带来的内存重分配次数。

对于增长字符串其采用的策略是检查修改之后的长度大小，如果小于1024*1024，则分配2倍的修改后的长度+1

对于减少的字符串其并不立即释放空间，而是回归到alloc中去。

这个构建的结构在Redis3.20中的表示如下(和Redis2.x中还是有一定区别的)：

typedef char *sds;

/* Note: sdshdr5 is never used, we just access the flags byte directly.
 * However is here to document the layout of type 5 SDS strings. */
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr5 {
    unsigned char flags; /* 3 lsb of type, and 5 msb of string length */
    char buf[];
};
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr8 {
    uint8_t len; /* used */
    uint8_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
    unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
    char buf[];
};
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr16 {
    uint16_t len; /* used */
    uint16_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
    unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
    char buf[];
};
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr32 {
    uint32_t len; /* used */
    uint32_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
    unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
    char buf[];
};
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr64 {
    uint64_t len; /* used */
    uint64_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
    unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
    char buf[];
};

从代码中可以看出，SDS表示的字符串是有SDSheader和char*指针组成，而SDS的头部主要由四部分组成：

len：SDS字符串已使用的空间。

alloc：申请的空间，减去len就是未使用的空间，初始时和len一致。

flag：只使用了低三位表示类型，细化了SDS的分类，根据字符串的长度的不同选择不同的sds结构体，而结构体的主要区别是len和alloc的类型，这样做可以节省一                           部分空间大小，毕竟在redis字符串非常多，进一步的可以节省空间。

buf:  用了C的特性表示不定长字符串。

二、API学习

1、sdsnewlen函数

函数原型：sds sdsnewlen(const void *init, size_t initlen)

说明：sdsnewlen用来创建init所指向对象作为内容的SDS，比如mystring = sdsnewlen("abc",3)。其中sdsnew函数也是调用sdsnewlen函数来实现的

返回值：buf数组的指针位置

sds sdsnewlen(const void *init, size_t initlen) {
    void *sh;
    sds s;
    char type = sdsReqType(initlen);//根据initlen的长度，选择不同的type,进一步来节省内存空间
    /* Empty strings are usually created in order to append. Use type 8
     * since type 5 is not good at this. */
    if (type == SDS_TYPE_5 && initlen == 0) type = SDS_TYPE_8;
    int hdrlen = sdsHdrSize(type);//返回sdshdr结构体大小
    unsigned char *fp; /* flags pointer. */

    sh = s_malloc(hdrlen+initlen+1);//底层调用malloc申请空间
    if (!init)
        memset(sh, 0, hdrlen+initlen+1);//若创建的sds对象为空，则空间赋值0
    if (sh == NULL) return NULL;//分配失败返回NULL
    s = (char*)sh+hdrlen;//指向buf数组
    fp = ((unsigned char*)s)-1;//指向flag
    switch(type) {//根据type不同对sdshdr结构体进行赋值，len和alloc设置为initlen
        case SDS_TYPE_5: {
            *fp = type | (initlen << SDS_TYPE_BITS);
            break;
        }
        case SDS_TYPE_8: {
            SDS_HDR_VAR(8,s);
            sh->len = initlen;
            sh->alloc = initlen;
            *fp = type;
            break;
        }
        case SDS_TYPE_16: {
            SDS_HDR_VAR(16,s);
            sh->len = initlen;
            sh->alloc = initlen;
            *fp = type;
            break;
        }
        case SDS_TYPE_32: {
            SDS_HDR_VAR(32,s);
            sh->len = initlen;
            sh->alloc = initlen;
            *fp = type;
            break;
        }
        case SDS_TYPE_64: {
            SDS_HDR_VAR(64,s);
            sh->len = initlen;
            sh->alloc = initlen;
            *fp = type;
            break;
        }
    }
    if (initlen && init)//将字符串拷贝至分配的内存空间
        memcpy(s, init, initlen);
    s[initlen] = '\0';
    return s;
}

2、sdsMakeRoomFor函数

函数原型：sds sdsMakeRoomFor(sds s, size_t addlen)

说明：实现扩充已有sds的可用空间为指定的大小，扩充规则是：当addlen的长度小于1024*1024时，则申请的空间是2*(addlen+len)，否则扩充为1024*1024大小。

返回值:扩充后的sds对象

sds sdsMakeRoomFor(sds s, size_t addlen) {
    void *sh, *newsh;
    size_t avail = sdsavail(s);//返回剩余可用空间，即s->alloc - s->len
    size_t len, newlen;
    char type, oldtype = s[-1] & SDS_TYPE_MASK;
    int hdrlen;

    /* Return ASAP if there is enough space left. */
    if (avail >= addlen) return s;

    len = sdslen(s);
    sh = (char*)s-sdsHdrSize(oldtype);
    newlen = (len+addlen);
    if (newlen < SDS_MAX_PREALLOC)
        newlen *= 2;
    else
        newlen += SDS_MAX_PREALLOC;

    type = sdsReqType(newlen);

    /* Don't use type 5: the user is appending to the string and type 5 is
     * not able to remember empty space, so sdsMakeRoomFor() must be called
     * at every appending operation. */
    if (type == SDS_TYPE_5) type = SDS_TYPE_8;

    hdrlen = sdsHdrSize(type);
    if (oldtype==type) {    //若类型和原有类型一样，则采用realloc分配空间，否则重新分配采用malloc函数分配。
        newsh = s_realloc(sh, hdrlen+newlen+1);
        if (newsh == NULL) return NULL;
        s = (char*)newsh+hdrlen;
    } else {
        /* Since the header size changes, need to move the string forward,
         * and can't use realloc */
        newsh = s_malloc(hdrlen+newlen+1);
        if (newsh == NULL) return NULL;
        memcpy((char*)newsh+hdrlen, s, len+1);
        s_free(sh);
        s = (char*)newsh+hdrlen;
        s[-1] = type;
        sdssetlen(s, len);
    }
    sdssetalloc(s, newlen);
    return s;
}

　　3、sdstrim函数

函数原型：sds sdstrim(sds s, const char *cset)

说明：从左右两边剔除sds对象包含集合CSET中的元素，内部通过memmove函数移位实现。

sds sdstrim(sds s, const char *cset) {
    char *start, *end, *sp, *ep;
    size_t len;

    sp = start = s;
    ep = end = s+sdslen(s)-1;
    while(sp <= end && strchr(cset, *sp)) sp++;
    while(ep > sp && strchr(cset, *ep)) ep--;
    len = (sp > ep) ? 0 : ((ep-sp)+1);
    if (s != sp) memmove(s, sp, len);
    s[len] = '\0';
    sdssetlen(s,len);
    return s;
}

三、结论

sds数据类型是redis里面常用的数据类型，所以其在设计优化上面有了一定的改动(相对于redis2.x版本)，比如其数据结构发生了改变。最后想说下，其源码实现确实比较简单，但是代码写的很nice(至少目前的我还写不出来，不过我要加油)