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資料結構章節

• 資料庫鍵總是一個字串物件
• 資料庫鍵的值可以是：
  • 字串物件
  • 列表物件 list object
  • 雜湊物件 hash object
  • 集合物件 set object
  • 有序集合物件 sorted set object

SDS 資料結構

• redis 使用的一種名為簡單動態字串（simple dynamic string ， SDS）的抽象型別，

  用作redis的預設字串標識。

struct sdshdr {
    
    //記錄buf 陣列總已使用的位元組的數量
    //等於SDS所儲存的字串的長度
    int len;
    
    // 記錄buf陣列中未使用的位元組的數量
    int free;
    
    // 位元組陣列，用於儲存字串（位元組陣列，字元陣列，勿混淆）
    char buf[]
}
 

*

如果執行sdscat(s, " Cluster");

目前s的空間不足以拼接，遂sdscat 會先擴充套件s的空間，然後再執行拼接操作。

拼接完成後的SDS如下圖：

sdscat 不僅對這個SDS 進行了拼接的操作，還為SDS分配了13位元組的未使用空間，並且拼接之後的字串也正好是13位元組長， 這不是BUG也不是巧合，她和SDS的空間分配策略有關

• 普通的C字串的缺陷：

  因為C字串並不記錄自身的長度，所以對於一個包含了N個字元的C字串來說，底層實現總是一個N+1個字元長的陣列。

  因此，每次增長或縮短一個C字串，程式都總要對儲存這個C字串的陣列進行一次記憶體分重分配的操作：

  • 如果程式執行的是增長字串的操作，比如拼接操作，那麼程式需要在執行操作之前先通過記憶體重分配來 擴充套件底層陣列的空間大小
    ——如果忘記這一步， 就會產生 緩衝區溢位
  • 如果程式執行的是縮短字串的操作，比如截斷操作，那麼程式需要再執行操作之前先通過記憶體重分配來 釋放字串不再使用的那部分空間——如果忘記這一步，就會產生 記憶體洩漏

*因為記憶體重分配涉及複雜的演算法（具體是什麼呢？待了解）***並且可能需要執行系統呼叫，所以它通常是一個比較耗時的操作。

所以，為了避免C字串的這種缺陷，SDS通過未使用空間解除了字串長度和低層陣列長度之間的關聯：在SDS中，buf陣列的長度不一定就是字元數量加一，數組裡面可以包含沒使用的位元組，由SDS的free屬性記錄

通過未使用空間，SDS實現了空間預分配和惰性空間釋放的兩種優化策略。

1、空間預分配

• 空間預分配用於優化SDS的字串增長操作：當SDS的API 對一個SDS進行修改，並且需要對SDS進行空間擴充套件的時候，程式不僅會為SDS分配修改所必須要的空間，還會為SDS分配額外的未使用空間。

  其中，額外分配的未使用空間數量由一下公式決定：

  • 如果對SDS進行修改後，SDS的長度（len屬性的值）將小於1MB,那麼程式分配和len屬性同樣大小的未使用空間，即free 和 len 值相同，eg：如果進行修改後SDS的len將變成13位元組，那麼free 也將是13 ，那SDS的buf陣列的實際長度將變為：

    13+13+1=27位元組（不要忘記最後一個位元組的空字元）

  • 如果對SDS進行修改之後，SDS的長度將大於等於1MB，那麼程式將會分配1MB的未使用空間

  • 總結：free 的大小在SDS進行空間擴充套件時，將會變化成不超過1MB的數值

• 案例：

執行sdscat(s, " Cluster");

執行sdscat(s, " Tutorial");

注意三張圖中，free，len，buf的內容變化！

在擴充套件SDS空間之前，SDS API 會先檢查未使用空間是否足夠，如果足夠，API就會直接使用未使用空間，而無需執行記憶體重分配

通過這種預分配策略，SDS將連續增長N次字串所需的記憶體重分配次數從 必定N次降低為最多N次

2、惰性空間釋放

• 惰性空間釋放用於優化SDS的字串縮短操作：當SDS 的API需要縮短SDS儲存的字串時，程式並不立即使用記憶體重分配來回收縮短後多出來的位元組，而是使用free屬性將這些位元組的數量記錄起來，並等待將來使用。

• 案例：

  sdstrim 函式接收一個SDS和一個C 字串作為引數，移出SDS中所有在C 字串中出現過的字元。
  

  執行sdstrim(s, "XY"); //移出SDS字串中所有的'X'和'Y'

觀察free的值變化，執行了sdstrim之後SDS並沒有釋放多出來的8位元組口徑建，而是將這8位元組空間作為未使用空間保留在了SDS中，之後如果要對SDS進行增長操作的話，就能用上了。

接著執行sdscat(s, " Redis")；

通過惰性空間釋放策略，SDS避免了縮短字串時所需的記憶體你分配操作，併為將來可能有的正常操作提供了優化。

當然，SDS也提供了響應的API（學習原始碼時留意一下），讓我們可以真正的釋放SDS的未使用空間， 所以不用擔心策略造成的記憶體浪費

3、二進位制安全

注意到SDS 資料結構中的buf陣列嗎？註釋寫的是位元組陣列而非字元陣列

因為len屬性的存在，SDS是使用len的值而不是使用空字元來判斷字串是否結束，

所以buf數組裡可以存放二進位制資料，而不用擔心像C字串那樣，讀取遇到空字元就結束了。

並且，SDS的API都是二進位制安全的，所有的SDS API都會以處理二進位制的方式來處理buf數組裡的資料

4、相容部分C字串函式

SDS的API同樣遵循C字串以空字元結尾的慣例：這些API總會將SDS儲存的資料的末尾設定為空字元，並且總會在為buf陣列分配空間時多分配一個位元組來容納這個空字元，這是為了讓那些儲存了文字資料的SDS可以重用一部分<string.h> 庫定義的函式。