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Redis系列文章之 SDS

SDS （simple dynamic string）的结构

Redis底层使用 C 语言实现，但是没有直接使用 C 语言的传统字符串表示，而是自己实现了一个简单动态字符串（SDS）的类型。 在 Redis 中，几乎所有地方都使用这个数据结构来表示字符串

SDS 的结构如下

struct sdshdr {

  // 记录 buf 数组中已使用字节的数量
  // 等于 SDS 所保存字符串的长度
  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[];

};

其中 buf 数组用于字符串的实际存储，保留了 C 语言中字符串以空字符结尾的要求，这样可以复用 C 语言中所有的函数和库，不需要重新实现。 len 和 free 分别记录了字符串的长度和剩余可用空间，这样在字符串长度变化时，可以快速计算出剩余空间，避免频繁的内存分配和释放。

二进制安全

C 字符串中的字符必须符合某种编码（比如 ASCII）， 并且除了字符串的末尾之外， 字符串里面不能包含空字符， 否则最先被程序读入的空字符将被误认为是字符串结尾 —— 这些限制使得 C 字符串只能保存文本数据， 而不能保存像图片、音频、视频、压缩文件这样的二进制数据。

SDS 使用 len 属性的值而不是空字符来判断字符串是否结束，这样就保证了 SDS 是二进制安全的，可以保存任意的二进制数据。

内存预分配策略

Redis 的 SDS 实现了内存预分配策略，当 SDS 的剩余可用空间足够时，会直接在末尾追加新的字符串，而不需要重新分配内存。 当 SDS 的剩余可用空间不够时，会重新分配内存，并返回新的 SDS 结构体，这样避免了频繁的内存分配和释放。

具体的预分配策略如下：

惰性空间释放策略

Redis 的 SDS 实现了惰性空间释放策略，当 SDS 的剩余可用空间被释放时，不会立即释放内存，而是将剩余可用空间记录在 free 字段中，这样避免了频繁的内存分配和释放。

字符串对象的底层编码切换

在 Redis 中，即便你用的是 String 类型，底层也不一定直接是一个独立的 SDS 结构。Redis 会根据你存入的内容进行编码转换（Encoding）：

  1. int：如果你存入的是可以用 long 类型表示的整数，Redis 会直接把它转成长整型存起来，省去了复杂的字符串结构。

  2. embstr：如果你存入的是短字符串（长度小于等于 44 字节），Redis 会把 RedisObject 头信息和 SDS 对象连续分配在同一块内存中。只需一次内存分配，对 CPU 缓存更友好。

  3. raw：如果字符串长度大于 44 字节，Redis 会分别为 RedisObject 和 SDS 分配两块独立的内存空间。

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