浅谈redis之SDS

什么是SDS

SDS：全名 simple dynamic string，意为简单动态字符串，作为redis里的一种数据结构，它有着普通C字符所不具备的一些特点.

SDS结构

struct sdshdr {int len；int free；char buf[];
}
len 意指SDS所保存字符的长度
free 则指buf数组中未使用字节的数量
buf 字节数组，用于保存字符串

从结构设计上，我们可以对 SDS的设计的优点可窥一二

len的作用

首先从len开始，为什么SDS会记录一个len值，熟悉遍历大法的我们知道，要想知道一个字符串的长度，最原始的办法是从首位数到末位，假如我们有一个长度为n的字符串，在未记录其长度时，我们要想知道其len值，需要话费的时间会是O(N),如果我们是使用的SDS记录的字符串，则花费时间使用STRLEN为O(1)，花费的时间越少，意味着性能越高.

free的作用

free，意指buf数组还有多少空间是未使用，这个值一般用在buf空间扩展，以及添加新值时会用到。不同于C字符串的扩张，SDS API在对SDS进行修改时，会先检查SDS的空间是否满足所需需求，若不满足，API会自动将SDS的大小扩展至所需空间.这样做的好处是不会有缓冲区的溢出.

buf的作用

SDS的API都是二进制安全(binary-safe)的，通俗的来说SDS的API通过某种机制，保证了读写字符串的时候不会损害其内容，因为在C语言中，“\0”表示了字符串的结束，出现这个字符，字符串就会被截断，造成错误的字符，而在sds中即使字符串里有“\0”，也不会被截断，除非是redis自己的结尾字符，保证了读写的一致性.虽然SDS是二进制安全的，但是它还是兼容了一部分C字符的特性.

简单示例

现在我们，往SDS保存madpudding，按照上述结构，存入字符的SDS的长度是10，而buf里的前10个字节分别保存madpudding 10个字符串.实际上buf里会有11个字符，sds还是会以\0，作为字符结尾.

SDS机制

重新分配内存

分配内存机制

小于1MB情况

如果对sds进行修改后，整体的长度小于1MB，那么redis分配的是和len属性同样的大小空间，以madpudding为例，是10(buf长度)+10(free空间)+1(结尾字符).

大于1MB情况

假如修改后整体长度大于20MB，则实际空间是20MB(buf长度)+1MB(free空间)+1(结尾字符).

为什么这样分配

为什么redis会为sds这样分配空间呢？假设在实际使用中，有个sds一直在增加，按上述分配法，则在n次扩展中，sds最多重新分配n次空间，要知道io是很消耗性能的，最多n次和n次，性能差距是非常大的.

惰性释放内存

假如sds的字符，一直在减少，那么sds会立马释放未使用的空间嘛？答案是否定的，sds只会在free中依次记录，等待将来使用。这样做的目的是避免了缩减字符而重新释放内存，并为将来可能有的增长提供了空间基础.当然sds提供了真正需要释放空间的命令，让开发者不用担心惰性释放造成空间浪费.