Redis中SDS简单动态字符串详解

什么是SDS？

SDS是Redis中的一个数据存储结构，全称为Simple Dynamic Strings，即简单动态字符串。SDS和C语言中的字符串很相似，但是在Redis中使用了自己的数据结构来实现。相比于C语言中的字符串数组，SDS有更好的性能表现。

SDS的数据结构

SDS的数据结构由以下三部分组成：

• len：表示字符串的长度，存储在一个32位整数中，可以存储的最大长度为2^32-1。
• free：表示字符串未使用的空间的长度，也存储在一个32位整数中。这个值的计算方法是字符串的总长度减去实际使用的长度，也就是free = capacity - len。
• buf：指向实际存储字符串内容的一个字节数组。

// SDS结构体定义
struct sdshdr {
    int len;    //字符串已使用的长度
    int free;   //字符串未使用的长度
    char buf[]; //字符串实际存储的字节数组
};

SDS的API函数

Redis中提供了一些API函数来操作SDS：

• sdsnew() ：创建一个SDS字符串。
• sdslen() ：返回SDS字符串的长度。
• sdsfree() ：释放一个SDS字符串的内存。
• sdscat() ：将一个SDS字符串拼接到另一个SDS字符串上。
• sdsdup() ：复制一个SDS字符串。

SDS的特别之处

相比于C语言中的字符串数组，SDS有以下特别之处：

• 惰性空间释放：C语言中的字符串数组，一旦分配了内存，要想释放没有使用的部分是非常麻烦的。但是SDS使用了惰性空间释放的机制，在SDS缩短字符串时并不会马上释放这一部分未使用的空间，而是将其存储下来以备将来使用。这个机制避免了每次修改字符串时都需要重新分配内存的问题。
• 防止缓冲区溢出：C语言中的字符串数组没有边界检查机制，容易造成缓冲区溢出。但是SDS在底层实现时，会根据当前字符串长度 len 和未使用空间长度 free 来预留出足够空间以容纳新增字符，同时在内部实现时会检查新增字符所占的空间是否超出了 SDS 以预留的空间大小。
• 二进制安全：C语言中的字符串数组是以'\0'作为字符串结束标志，不能存储二进制数据。而SDS以字符串长度 len 来确定存储的数据大小，因此可以存储二进制数据，是一个二进制安全的数据结构。

SDS的使用示例

示例1：创建SDS字符串并操作

#include <stdio.h>
#include "sds.h"

int main() {
    // 创建一个SDS字符串
    sds str = sdsnew("hello");

    // 输出字符串长度
    printf("%d\n", sdslen(str));

    // 向字符串中追加内容
    str = sdscat(str, " world");
    printf("%s\n", str);

    // 释放内存
    sdsfree(str);

    return 0;
}

输出结果：

5
hello world

示例2：使用SDS字符串存储二进制数据

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "sds.h"

int main() {
    // 创建一个SDS字符串
    sds str = sdsempty();

    // 存储二进制数据
    int array[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    str = sdscatlen(str, array, sizeof(array));

    // 输出二进制数据
    for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(int); i++) {
        printf("%d ", ((int*)str)[i]);
    }
    printf("\n");

    // 释放内存
    sdsfree(str);

    return 0;
}

输出结果：

1 2 3 4 5 

总结

SDS是Redis中的一个数据存储结构，比C语言中的字符串数组更高效、更安全，具有惰性空间释放、防止缓冲区溢出、二进制安全等特点。SDS提供了丰富的API函数，方便操作SDS字符串。