几分钟教你掌握Redis简单动态字符串SDS_数据库技术

几分钟教你掌握Redis简单动态字符串SDS

2023-07-13 12:05未知服务器之家数据库技术

正文 Redis 没有直接使用 C 语言传统的字符串表示（而是以空字符结尾的字符数组，以下简称 C 字符串），自己构建了一种名为简单动态字符串（simple dynamic string，SDS）的抽象类型，并将 SDS 用作 Redis 的默认字符串表示。在 Redis

正文

Redis 没有直接使用 C 语言传统的字符串表示（而是以空字符结尾的字符数组，以下简称 C 字符串），自己构建了一种名为简单动态字符串（simple dynamic string，SDS）的抽象类型，并将 SDS 用作 Redis 的默认字符串表示。

在 Redis 里面，C 字符串只会作为字符串字面量（string literal），用在一些无须对字符串值进行修改的地方，比如打印日志：

redisLog(REDIS_WARNING,"Redis is now ready to exit, bye bye...");

当 Redis 需要的不仅仅是一个字符串字面量，而是一个可以被修改的字符串值时，Redis 就会使用 SDS 来表示字符串值：比如在 Redis 的数据库里面，包含字符串的键值对在底层都是由 SDS 实现的。

举个例子，如果客户端执行命令：

redis> SET msg "hello world"
OK

那么 Redis 将在数据库中创建了一个新的键值对，其中：

键值对的键是一个字符串对象，对象的底层实现是一个保存着字符串 "msg" 的 SDS 。
键值对的值也是一个字符串对象，对象的底层实现是一个保存着字符串 "hello world" 的SDS。

又比如说，如果客户端执行命令：

redis> RPUSH fruits "apple" "banana" "cherry"
(integer) 3

那么 Redis 将在数据库中创建一个新的键值对，其中：

键值对的键是一个字符串对象，对象的底层实现是一个保存了字符串 "fruits" 的 SDS 。
键值对的值是一个列表对象，列表对象包含了三个字符串对象，这三个字符串对象分别由三个 SDS 实现：第一个 SDS 保存着字符串 "apple" ，第二个 SDS 保存着字符串 "banana" ，第三个 SDS 保存着字符串 "cherry" 。

除了用来保存数据库中的字符串值之外，SDS 还被用作缓冲区（buffer）：AOF 模块中的 AOF 缓冲区，以及客户端状态中的输入缓冲区，都是由 SDS 实现的，在之后介绍 AOF 持久化和客户端状态的时候，我们会看到 SDS 在这两个模块中的应用。

AOF中记录的是每一个命令的详细信息，包括完整的命令类型、参数等。只要产生写命令，就会实时写入到AOF文件中

SDS的定义

struct sdshdr {
    // 记录 buf 数组中已使用字节的数量
    int len;
    // 记录 buf 数组中未使用字节的数量
    int free;
    // 字节数组，用于保存字符串
    char buf[];
};

与C字符串的区别

C语言使用长度为 N+1 的字符数组来表示长度为 N 的字符串，并且字符数组的最后一个元素总是空字符 '\0'。

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获取字符串长度

因为 C 字符串并不记录自身的长度信息，所以为了获取一个 C 字符串的长度，程序必须遍历整个字符串O(N)O(N)O(N) 。

和 C 字符串不同，因为 SDS 在 len 属性中记录了 SDS 本身的长度，所以获取一个 SDS 长度的复杂度仅为 O(1)O(1)O(1) 。

杜绝缓冲区溢出

C 字符串不记录自身长度带来的另一个问题是容易造成缓冲区溢出（buffer overflow）。

假设程序里有两个在内存中紧邻着的 C 字符串 s1 和 s2 ，其中 s1 保存了字符串 "Redis" ，而 s2 则保存了字符串 "MongoDB" .

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如果一个程序员决定通过执行：strcat(s1, "Cluster")将 s1 的内容修改为 "Redis Cluster" ，但粗心的他却忘了在执行 strcat 之前为 s1 分配足够的空间，那么在 strcat 函数执行之后，s1 的数据将溢出到 s2 所在的空间中，导致 s2 保存的内容被意外地修改。

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SDS 的空间分配策略完全杜绝了发生缓冲区溢出的可能性：当 SDS API 需要对 SDS 进行修改时，API 会先检查 SDS 的空间是否满足修改所需的要求，如果不满足的话，API 会自动将 SDS 的空间扩展至执行修改所需的大小，然后才执行实际的修改操作，所以使用 SDS 既不需要手动修改 SDS 的空间大小，也不会出现前面所说的缓冲区溢出问题。