一、前言        

        我们说Redis 是用 C 语言写的，，但是对于Redis的字符串，却不是 C 语言中的字符串（即以空字符’\0’结尾的字符数组），它是自定义的数据结构SDS(simple dynamic string)，并将 SDS 作为 Redis的默认字符串表示。

二、SDS 定义

struct sdshdr{
     //记录buf数组中已使用字节的数量
     //等于 SDS 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[];
}

用SDS保存字符串 “Redis”具体图示如下：

解释：

1. len 为字符串的实际长度 在redis中获取字符串的key长度的时间复杂度为O(1)
2. free 为 buf数组中剩余的空间大小（相对于 C 语言对于字符串的定义，多出了 len 属性以及 free 属性）
3. buf 保存字符串的数组
4. 使用free杜绝了缓冲区溢出如果free的长度不够值的长度则自动会开辟len长度的空间

①、常数复杂度获取字符串长度

　　由于 len 属性的存在，我们获取 SDS 字符串的长度只需要读取 len 属性，时间复杂度为 O(1)。而对于 C 语言，获取字符串的长度通常是经过遍历计数来实现的，时间复杂度为 O(n)。通过 strlen key 命令可以获取 key 的字符串长度。

②、杜绝缓冲区溢出

　　我们知道在 C 语言中使用 strcat 函数来进行两个字符串的拼接，一旦没有分配足够长度的内存空间，就会造成缓冲区溢出。而对于 SDS 数据类型，在进行字符修改的时候，会首先根据记录的 len 属性检查内存空间是否满足需求，如果不满足，会进行相应的空间扩展，然后在进行修改操作，所以不会出现缓冲区溢出。

③、减少修改字符串的内存重新分配次数

　　C语言由于不记录字符串的长度，所以如果要修改字符串，必须要重新分配内存（先释放再申请），因为如果没有重新分配，字符串长度增大时会造成内存缓冲区溢出，字符串长度减小时会造成内存泄露。

　　而对于SDS，由于len属性和free属性的存在，对于修改字符串SDS实现了空间预分配和惰性空间释放两种策略：

　　1、空间预分配：对字符串进行空间扩展的时候，扩展的内存比实际需要的多，这样可以减少连续执行字符串增长操作所需的内存重分配次数。

　　2、惰性空间释放：对字符串进行缩短操作时，程序不立即使用内存重新分配来回收缩短后多余的字节，而是使用 free 属性将这些字节的数量记录下来，等待后续使用。（当然SDS也提供了相应的API，当我们有需要时，也可以手动释放这些未使用的空间。）

④、二进制安全

　　因为C字符串以空字符作为字符串结束的标识，而对于一些二进制文件（如图片等），内容可能包括空字符串，因此C字符串无法正确存取；而所有 SDS 的API 都是以处理二进制的方式来处理 buf 里面的元素，并且 SDS 不是以空字符串来判断是否结束，而是以 len 属性表示的长度来判断字符串是否结束。

三、总结

redis使用改数据结构的优点：

        1：空间可以预分配

        2：惰性空间释放(使某个键的长度变小时内存不是立即回收而是增加free的大小)

        3：二进制安全(redis不是采用c语言字符串的以\0来判断字符串结束 而sds通过判断len的长度是否为0来判断字符串的长度)

        4：redis实际开辟的空间为len+free

四、SDS空间分配策略

        对于Redis这种具有高性能要求的内存数据库，如果每次修改字符串都要进行内存重分配，无疑是巨大的性能损失。而Redis的SDS提供了两种空间分配策略来解决这个问题。空间预分配和惰性空间释

1.空间预分配

我们知道在数组进行扩容的时候，往往会申请一个更大的数组，然后把数组复制过去。为了提升性能，我们在分配空间的时候并不是分配一个刚刚好的空间，而是分配一个更大的空间。Redis同样基于这种策略提供了空间预分配。当执行字符串增长操作并且需要扩展内存时，程序不仅仅会给SDS分配必需的空间还会分配额外的未使用空间，其长度存到free属性中。其分配策略如下:

• 如果修改后len长度将小于1M,这时分配给free的大小和len一样,例如修改过后为10字节, 那么给free也是10字节，buf实际长度变成了10+10+1 = 21byte
• 如果修改后len长度将大于等于1M,这时分配给free的长度为1M,例如修改过后为30M,那么给free是1M.buf实际长度变成了30M+1M+1byte

2.惰性空间释放

惰性空间释放用于字符串缩短的操作。当字符串缩短是，程序并不是立即使用内存重分配来回收缩短出来的字节，而是使用free属性记录起来，并等待将来使用。

        Redis通过空间预分配和惰性空间释放策略在字符串操作中一定程度上减少了内存重分配的次数。但这种策略同样会造成一定的内存浪费，因此Redis SDS API提供相应的API让我们在有需要的时候真正的释放SDS的未使用空间。

redis字符串最大长度限制512M，原理是什么？

redis中用int来修饰len字段，int为4个字节，也就是32位，那么最大能表示2^32次方。所以2^32/8/1024/1024=512m

常见面试题：

1、SDS如何兼容C语言字符串？如何保证二进制安全？

SDS对象中的buf是一个柔性数组，上层调用时，SDS直接返回了buf。由于buf是直接指向内容的指针，所以兼容C语言函数。而当真正读取内容时，SDS会通过len来限制读取长度，而非“\0”，所以保证了二进制安全。

2、sdshdr5的特殊之处是什么？

sdshdr5只负责存储小于32字节的字符串。一般情况下，小字符串的存储更普遍，所以Redis进一步压缩了sdshdr5的数据结构，将sdshdr5的类型和长度放入了同一个属性中，用flags的低3位存储类型，高5位存储长度。创建空字符串时，sdshdr5会被sdshdr8替代。

3、SDS是如何扩容的？

SDS在涉及字符串修改时会调用sdsMakeroomFor函数进行检查，会根据空闲长度和新增内容的长度进行比较判断，然后根据不同情况动态扩容，该操作对上层透明。