二、Redis五种常用数据类型-String
1、用途
- 简单的K-V缓存
- 计数器
- 分布式锁
- session共享
- 分布式ID生成(自增)
2、底层实现结构
Redis底层是c语言实现的,但是并没有使用c的string来表示字符串,而是使用自己的简单动态字符串的抽象类型(simple dynamic string,SDS)。
SDS结构:
struct sdshdr { // 用于记录buf数组中使用的字节的数目// 和SDS存储的字符串的长度相等 int len; // 用于记录buf数组中没有使用的字节的数目 int free; // 字节数组,用于储存字符串char buf[]; //buf的大小等于len+free+1,其中多余的1个字节是用来存储’\0’的。
};
使用SDS,而不使用c语言string的好处:
1、常数复杂度获取字符串长度
C语言:字符串只是简单的字符的数组,当使用strlen获取字符串的长度时,内部其实是顺序遍历数组的内容,找到’\0’对应的字符,从而计算出字符串的长度,即O(n)
SDS:只需访问SDS结构中len属性,即可得到字符串的长度。复杂度为O(1)。
2、杜绝缓冲区溢出
Redis是C语言编写的,并没有方便的数据类型进行内存的分配,必须手动进行内存的分配和释放。对于字符串的拼接和复制操作,C语言开发者需要确保目标字符串的空间足够大,不然会出现溢出情况,
当使用SDS的api修改字符串时,遵循以下规则:
1、检查字符串的大小是否满足
如果空间满足,则像C语言那样操作字符串即可,如果不满足,则拓展buf空间。
2、拓展buf空间满足一下策略:
- 拓展前,如果字符串长度小于1MB,那么拓展后,字符串长度为2*len+1
- 拓展前,如果字符传长度大于1MB,那么拓展后,字符串长度为len+1Mb+1
PS:字符串的长度最多为512M。
3、减少修改字符串带来的内存重新分配次数
Redis主要通过以下两种方式来处理内存问题
1、字符串长度增加时,进行空间预分配
2、字符串长度减少时,进行惰性释放内存
当执行字符串长度减少时,SDS并不会直接减少数据结构的长度,而是修改SDS结构中的len和free(减少len,增加free,保持字符串的总长度不变),避免内存重新分配。
SDS也提供直接释放内存的API,在需要时,可以直接调用API释放内存。
4、二进制安全
C字符串除了末尾外不能出现空字符,否则会被认为是字符串的末尾。这使得C字符串只能存储文本数据,而不能存储图像,音频等二进制数据。
SDS不需要依赖控制符,而是以len来存储数的大小。SDS所有的API都是以二进制的方式处理buf数据,且不会对数据做任何处理,写入的时候是什么样子,读取到的也是什么样的。
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