Redis中的简单动态字符串实现（redis简单动态符串）

Redis中的简单动态字符串实现

Redis是一个高性能的key-value存储系统，被广泛地应用于各种互联网应用中。而Redis作为一个内存数据库，需要对内存的使用进行高效地管理。Redis中使用的简单动态字符串（SDS）是其实现的核心之一，其能够高效地完成字符串的操作，本文将介绍Redis中简单动态字符串的实现。

简单动态字符串定义

简单动态字符串是Redis中一个用于字符串操作的数据结构，它实际上是一个字符数组，同时包含了字符串的长度和空间的分配情况两个信息。 SDS是一种动态扩容的字符串类型，它采用空间预分配的方式，每次增加空间以翻倍的速度进行扩容，以减少内存分配的次数，从而提高 Redis 的性能。

在实现 SDS 时，Redis 参考了C的字符串操作库stdarg.h中的sprintf库函数，SDS 与字符串的普通处理方式有许多区别：

1. SDS 在字符串的开头增加 len 字段，用于保存字符串的长度，使进程可以用 O（1）的时间复杂度获取字符串的长度；

2. 在 C 中字符串的底层实现是字符数组，使用程序员可以操作字符数组的方式来访问字符串，但这样易发生越界的情况；而 SDS 明确了字符串的开头与结束两个位置，大大减小了数据越界的可能性，从而提高了程序的安全性；

3. SDS 每次在字符串的末尾添加数据时，并不是一旦空间不足立即扩容。相反，当 SDS 剩余空间不足以存储新的数据，才会对动态内存进行重新分配，从而保证了空间的利用率。

SDS的实现

Redis中的简单动态字符串实现主要注重以下几点：

1. SDS的内存管理

Redis 通过下列结构体来定义 SDS：

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

其中，len 表示字符串占用的长度，free 表示剩余空间的长度，buf 则是字符串的首地址，通过len可直接获取整体字符串的长度，根据申请的内存块大小，可以计算出空余空间的大小。

2. SDS的扩容策略

SDS 的扩容策略非常好，按照一定比例进行扩容，每次扩容相当于原来空间的两倍。这种扩容方式将硬件内存分配和释放次数减少至最少，在内存和 CPU 的使用上具有最优的性能。

扩容实现方法如下：

void sdsReq(sds *s, size_t len) {
    struct sdshdr *sh = (void*)(s-(sizeof(struct sdshdr)));
    size_t totlen, curlen = sdslen(s);
 
    if (len 
 
    if (sh->free >= (totlen = curlen+len)) {
        sh->len = curlen+len;
        sh->free = sh->free-len;
        return;
    }
 
    if (totlen 
        totlen *= 2; //每次翻倍的扩容方法
 
    else
        totlen += SDS_MAX_PREALLOC; //限定最大值的扩容方法
 
    struct sdshdr *newsh = realloc(sh, sizeof(struct sdshdr)+totlen+1);
    if (newsh == NULL) printf("realloc fled");
 
    newsh->free = totlen - curlen;
    s = newsh->buf;
    sdssetlen(s,curlen); //将s指向的地址为新sh的buf字段首地址
}

3. SDS的安全性

Redis中使用了复杂的字符数组安全机制来存储 SDS 内容，避免字符串的操作越界，并使用预处理的字符串长度来减少去字符串长度的操作（O(1)）。同时，所有的字符串操作都进行了位置限制，避免了字符串的操作越界。

总结

SDS 是一种高效的字符串操作方式，优势在于提高了内存的利用率，避免了字符串操作越界，同时实现了字符串操作的快速处理。在 Redis 的实现中，采用了上述的 SDS 三个方面的实现方式，从而使能 Redis 在字符串操作上达到高并发，高性能。