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深入理解Redis中的SDS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：原理、應(yīng)用與優(yōu)化實踐
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在Redis中，字符串是最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之一，Redis并沒有直接使用C語言中的字符串表示（以空字符結(jié)尾的字符數(shù)組），而是自定義了一種名為簡單動態(tài)字符串（Simple Dynamic String，簡稱SDS）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，SDS在性能、安全性以及功能方面相較于傳統(tǒng)C字符串都有很大的優(yōu)勢，本文將詳細(xì)介紹SDS的原理、應(yīng)用以及優(yōu)化實踐。
SDS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)原理
1、SDS的定義
SDS的結(jié)構(gòu)體定義如下：
struct sdshdr {
// 記錄buf數(shù)組中已使用字節(jié)的數(shù)量，等于SDS所保存字符串的長度
int len;
// 記錄buf數(shù)組中未使用字節(jié)的數(shù)量
int free;
// 字節(jié)數(shù)組，用于保存字符串
char buf[];
};
從結(jié)構(gòu)體可以看出，SDS主要由三部分組成：
– len：記錄SDS保存字符串的長度。
– free：記錄SDS buf數(shù)組中未使用的字節(jié)數(shù)量。
– buf[]：字節(jié)數(shù)組，用于保存實際的字符串?dāng)?shù)據(jù)。
2、SDS的優(yōu)勢
（1）常數(shù)復(fù)雜度獲取字符串長度
由于SDS在結(jié)構(gòu)體中保存了字符串的長度信息（len），因此獲取字符串長度的時間復(fù)雜度為O(1)，而傳統(tǒng)C字符串需要遍歷整個字符串，時間復(fù)雜度為O(n)。
（2）減少修改字符串時的內(nèi)存重新分配次數(shù)
SDS采用了空間預(yù)分配和惰性空間釋放兩種策略，減少了修改字符串時內(nèi)存重新分配的次數(shù)。
– 空間預(yù)分配：當(dāng)SDS的API對一個SDS進(jìn)行修改，并且需要對buf數(shù)組進(jìn)行擴(kuò)展時，程序不僅會為SDS分配修改所必需的空間，還會分配額外的未使用空間（free），額外分配的未使用空間數(shù)量由以下公式?jīng)Q定：
如果對SDS進(jìn)行修改之后，SDS的長度將小于1MB，那么程序分配和len屬性同樣大小的未使用空間。 如果對SDS進(jìn)行修改之后，SDS的長度將大于等于1MB，那么程序會分配1MB的未使用空間。
– 惰性空間釋放：當(dāng)SDS的API需要縮短SDS保存的字符串時，程序并不立即釋放縮短后多出來的空間，而是修改free屬性，將這些空間記錄為未使用空間。
（3）二進(jìn)制安全
傳統(tǒng)C字符串以空字符（’