redis学习 -- 简单动态字符串

Redis没有使用C语言字符串的形式，通过’\0’作为结尾，而是使用了简单动态字符串(simple dynamic string)。
当Redis使用的字符串不需要修改字符串的内容的时候，可以使用C语言提供的字符串，当需要修改内容的时候就使用的是简单动态字符串。Redis键值对的操作中，都是使用的简单动态字符串的方式。

这里可以把简单动态字符串理解成一个对象，这个对象的底层保存着一个字符串。

SDS定义

在sds.h/sdshdr结构体中定义了SDS的值

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

如果我们使用SDS定义一个SDS内容为“Redis”的对象，则组织结构如下图所示
redis学习 -- 简单动态字符串

free属性值为0，表示这个SDS没有分配任何没有使用的空间。
len属性的值是5，表示这个SDS保存了一个五字节长的字符串。
buf属性是一个char类型的数组，数组里面保存了字符串的值，并且以’\0’结束。

SDS和C字符串的区别和优势

常数时间复杂度获取字符串长度

C字符串获取字符串长度需要遍历，耗时。
SDS记录了长度，可以在O(1)的时间复杂度获取字符串长度。

杜绝缓冲区溢出

在C语言中使用strcat(dest, src)的时候，用户自身需要保证dest的空间要大于拼接之后的内存空间。但是很多时候由于疏忽导致内存溢出。SDS解决了这个问题，使用SDS的APIsdscat的时候，他会进行检测空间大小是否能够满足拼接之后的字符串大小。如果不能，他会重新开辟一个拼接后的大度的二倍的字符串空间。

减少修改字符串时带来的内存重分配次数

C语言中，使用strcat的时候，用户需要手动开辟空间，然后使用函数进行字符串的拼接。频繁的申请空间是一个耗时的操作。但是Redis是一个数据库，很可能会有频繁的改变数据的操作，所以Redis不能容忍这种问题的出现，于是SDS的结构体中，哟一个free的属性，这个是用来记录未使用的空间的，实现了空间的预分配和惰性空间释放两种优化策略。

空间预分配
当使用SDS的一个API的时候，程序不仅会开辟足够容纳数据的空间，还会额外的开辟未使用的空间。
额外的未使用的空间的开辟，由如下的方式进行决定：
如果程序需要使用的SDS的len长度小于1M的话，程序会开辟和len长度一样大小的free空间。
如果修改之后的len长度大于1M的话，程序会分配free为1M的空间。
另外上面的两种方式还会多分配一个自己的空间，用于存放’\0’。
补充一点：只要当需要扩充内存空间的时候，才需要开辟。
惰性空间释放
当SDS需要使用API去释放空间的时候，这个时候原有字符串会修改，但是开辟的空间并没有释放掉，而是将字符串向前移动，用free记录未使用的空间大小。

二进制安全

SDS底层通过二进制的方式来保存数据。
Redis不仅可以保存文本数据，还可以保存二进制数据。
即使是文本数据，也是转化成二进制数据保存的。

兼容部分C字符串函数

虽然是通过二进制保存数据，但是为了能够兼容string的使用，保存了字符串的一些特性。

SDS API

SDS主要的API如下表

函数	作用	时间复杂度
sdsnew	创建一个包含C字符串的SDS	O(N)，N为给定的字符串的长度
sdsempty	创建一个不包含任何内容的空SDS	O(1)
sdsfree	释放给定的SDS	O(N)，N为被释放的SDS的长度
sdslen	返回SDS的已经使用空间字节数	O(1),通过读取对象的len值直接获取
sdsavail	返回SDS未使用的空间字节数	O(1)，通过读取对象的free的值获取
sdsdup	创建一个SDS的副本	O，N是给定的SDS的长度
stdclear	清空SDS保存的字符串内容	O(1)，由于惰性空间释放，只改变了对象的len值
stscat	将给定C字符串拼接都SDS字符串的末尾	O(N)，N为被拼接的字符串的长度
sdscatsds	将给定的SDS拼接到另一个SDS字符串的末尾	O，N为被拼接的SDS字符串的长度
sdscpy	将给定的C字符串复制到SDS里面，覆盖原有的字符串	O(N)，N为被复制的C字符串的长度
sdsgrowzero	用空字符串将SDS扩展到给定长度	O(N)，N为扩展新增的字节数
sdssrange	保留SDS给定区间的数据，不再全进的数据会被覆盖或者是清除	O(N),N为被保留数据的字节数
sdstrin	接受一个SDS和一个C字符串作为参数，从SDS左右两端移除所有在C字符串中出现过的字符串	O(M*N)，M为SDS的长度，N为给定C字符串的长度
sdscmp	对比两个SDS字符串是否相同	O(N),N为两个SDS中较短的那个SDS的长度