redis源码分析之简单动态字符串sds

Sds(Simple Dynamic String.简单动态字符串)是Redis底层所使用的字符串，它被用在几乎所有的redis模块中。

Sds在Redis中的用途主要有两个：

1.用于创建 stringObject 对象

2.在Redis内部作为char *的替代品。

1.实现字符串对象

Redis是一个键值对数据库，(key-value DataBase),数据库的值可以是字符串、集合、列表等多种类型的对象，而数据库的键则总是字符串对象。对于那些包含字符串值的字符串对象来说，每个字符串对象包含一个 sds 值。

2.将 sds 替代 C 默认的 char * 类型

C默认的char类型的字符串，功能单一，抽象层次低，并且不能高效的支持一些Redis操作(比如追加操作和长度计算操作)，所以在Redis内部，绝大部分情况下会使用sds替代char*表示字符串。

在Redis中，客户端传入的协议内容、aof缓存内容、返回给客户端的回复等等，这些重要内容都是用sds类型保存的。

Redis中的字符串

在C语言中，字符串都是以'\0'结尾的。比如说 hello world 在c语言中表示为"hello wordl\0"

这种简单的字符串多数情况下可以满足要求，但是，它并不能高效的进行计算长度和追加的操作

1.计算长度操作需要使用 strlen()函数，复杂度为O(n)

2.如果追加N次，需要realloc N次

Redis中，这两种操作非常频繁，这两个简单的操作不能成为性能瓶颈。另外，Redis除了能处理字符串外，还要处理单字节的数组，以及服务器协议等内容，所以Redis的字符串还应该是二进制安全的。所以Redis采用Sds替代了C默认的char*字符串。sds既可以高效的进行计算长度和追加操作，还是二进制安全的。

sds的实现：

sds由两部分组成

typedef char *sds;struct sdshdr {    // buf 已占用长度    int len;    // buf 剩余可用长度    int free;    // 实际保存字符串数据的地方    char buf[];};

其中sds 是char* 的别名，而结构 sdshdr则保存了len、free和buf三个属性。

通过len，可以轻易的计算出字符串的长度(O(1))。

另一方面，通过对buf多分配一些空间，并使用free记录未使用的空间的大小，sdshdr可以让直行追加操作所需要的内存重分配次数大大减少。

当然sds的操作都会正确的更新len、free属性。

优化追加操作

因为sdshdr有free这个属性，所以在分配空间的时候，可以多分配一些空间，这样在下一次追加操作的时候，不一定需要再次分配空间，减少重新分配空间的次数。

比如我们在 最初一个字符串的 "hello world\0" sdshdr值如下，

struct sdshdr {    len = 11;    free = 0;    buf = "hello world\0";}

当我们Append的时候，Redis会重新分配空间，比如我们 append 一个字符串 again，只需要7个字节，但是Redis却分配了比所需空间大一倍的空间。机会分配出37个字节的空间，这样就多余了18个字节，那再下一次Append操作的时候，如果追加的字符串长度小于18个字节，就不用再次分配空间了，直到追加的时候，剩余空间不足够，才会在次重新分配空间，且又会分配2倍的空间。以此来减少重新分配空间的次数，但是多分配的空间，却不会回收，除非整个字符串所占用的空间都被销毁了。

总结：

1.Redis字符串表示为sds，不是C默认的char*

2.比起C字符串，sds有以下优势

2.1.方便计算字符串长度

2.2.追加操作更高效

2.3.二进制安全

3.sds为了优化追加操作，会多分配一些空间，但是多分配的内存不会主动回收，会浪费一点空间。