redis源码之SDS

1:SDS介绍

我们在redis中执行命令

set key name

的时候，key和name都是字符串类型，而且字符串(string)在redis中是会经常用到的类型，那redis是如何保存字符串的呢？我们接下来往下看

众所周知，redis是c写的，在c中使用char来保存字符串，并且用\0作为字符串的结尾，但是redis不是这样保存的，redis是使用一种叫SDS的结构来保存字符串的。结构如下(redis3.2以前)

 struct sdshdr{
   int len;
   int free;
   char buf[];
}

那么问题来了，redis为什么 会用SDS的结构，而不直接用c语言的字符串，我们来看看他们的区别

1:计算字符串长度的区别

对于c来说，计算字符串的长度的方式就是遍历，遇到\0就停止，所以复杂对是O(n),而SDS直接保存了字符串的长度，复杂度是O(1)

2:保证二进制的安全

因为SDS并不是以\0为结尾的标志，自然就保证了二进制的安全

3:内存管理策略(预分配内存和惰性空间释放策略)

redis是一个高速的缓存数据库，需要频繁的对字符串进行操作，如果内存分配错误，会导致很严重的后果，就算内存分配没问题，频繁的内存分配也是非常耗费时间的，所以这些都是应该去避免的

惰性空间释放策略

在SDS中首先用到了惰性空间释放策略，惰性空间释放用于优化SDS的字符串缩短操作。

当要缩短SDS保存的字符串时，程序并不立即使用内存充分配来回收缩短后多出来的字节，而是使用表头的free成员将这些字节记录起来，并等待将来使用。

源码如下

void sdsclear(sds s) {  //重置sds的buf空间，懒惰释放
    struct sdshdr *sh = (void*) (s-(sizeof(struct sdshdr)));
    sh->free += sh->len;    //表头free成员+已使用空间的长度len = 新的free
    sh->len = 0;            //已使用空间变为0
    sh->buf[0] = '\0';         //字符串置空
}

预分配内存

扩容策略是字符串在长度小于 1M 之前，扩容空间采用加倍策略，也就是保留 100% 的冗余空间。当长度超过1M 之后，为了避免加倍后的冗余空间过大而导致浪费，每次扩容只会多分配 1M大小的冗余空间。

4:兼容c语言函数库 (字符串后面会自动加上\0)

3.2版本以后的SDS结构

前面的len和free以及char这种结构看起来很好，但是是存在一定的问题的

 struct sdshdr{
   int len;
   int free;
   char buf[];
}

len和free都是int类型，都是4byte也就是32bit，能表示42亿左右的范围，大大的造成了空间的浪费，所以在3.2以后对SDS有一定的更改，更改如下

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[];
};
.........

sdshdr5表示的是用5个bit位来表示数据的长度,sdshdr8就是表示用8个bit位来表示数据的长度，以此类推

sdshdr5的内存分配如图



当需要存储的数据长度超过31，就需要用sdshdr8来表示

sdshdr8的内存分配如图

其余的sdshdr16以上的都是以此类推，判断方式源码如下

static inline char sdsReqType(size_t string_size) {
    if (string_size < 1<<5) //2^5-1
        return SDS_TYPE_5;
    if (string_size < 1<<8) //2^8-1
        return SDS_TYPE_8;
    if (string_size < 1<<16) //2^16-1
        return SDS_TYPE_16;
#if (LONG_MAX == LLONG_MAX)
    if (string_size < 1ll<<32) //2^32-1
        return SDS_TYPE_32;
    return SDS_TYPE_64;
#else
    return SDS_TYPE_32;
#endif
}

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