[编程技术] Redis SDS简单动态字符串
作者:CC下载站 日期:2021-02-17 13:00:51 浏览:22 分类:编程开发
SDS (Simple Dynamic String,简单动态字符串)是 Redis 底层所使用的字符串表示, 几乎所有的 Redis 模块中都用了 sds。
本章将对 SDS 的实现、性能和功能等方面进行介绍, 并说明 Redis 使用 SDS 而不是传统 C 字符串的原因。
简单动态字符串(SDS)
什么是SDS
举一个例子, 当我们set一个值时:
redis> SET msg "Redis"
OK
那么Redis将在数据库创建一个新的键值对,其中:
- 键值对的键是一个字符串对象, 对象的底层实现是一个保存着字符串 “msg” 的 SDS 。
- 键值对的值也是一个字符串对象, 对象的底层实现是一个保存着字符串 “hello world” 的 SDS 。
我们来查看一下SDS的数据结构: 每个 sds.h/sdshdr 结构表示一个 SDS 值:
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struct sdshdr {
// 记录 buf 数组中已使用字节的数量
// 等于 SDS 所保存字符串的长度
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[];
};
上图展示了一个SDS示例:
- free 属性的值为 0 , 表示这个 SDS 没有分配任何未使用空间。
- len 属性的值为 5 , 表示这个 SDS 保存了一个五字节长的字符串。
- buf 属性是一个 char 类型的数组, 数组的前五个字节分别保存了 ‘R’ 、 ’e’ 、 ’d’ 、 ‘i’ 、 ’s’ 五个字符, 而最后一个字节则保存了空字符 ‘
SDS相对于C字符串有什么好处呢?
’ 。
SDS 遵循 C 字符串以空字符结尾的惯例, 保存空字符的 1 字节空间不计算在 SDS 的 len 属性里面, 并且为空字符分配额外的 1 字节空间, 以及添加空字符到字符串末尾等操作都是由 SDS 函数自动完成的, 所以这个空字符对于 SDS 的使用者来说是完全透明的。 遵循空字符结尾这一惯例的好处是, SDS 可以直接重用一部分 C 字符串函数库里面的函数。
这个时候我想大家应该对SDS有了一个大致的了解。
1.获取字符串长度复杂度为O(1)2.防止缓冲区溢出(buffer overflow)
传统的C字符串并没有记录字符串长度,而想获取字符串长度时就需要遍历一遍字符串,复杂度为O(N),导致随着字符串长度变长,获取字符串长度的操作复杂度也会增加。 和C字符串不同,因为SDS在len属性中记录了SDS 身的长度,写代码时只要直接获取len属性值,就可以知道字符串长度,所以获取一个SDS长度的复杂度仅为 O(1) 。
传统C字符串由于不记录自身长度,在对字符串进行操作的时候容易带来缓冲区溢出。 比如 strcpy()函数:strcpy()函数将源字符串复制到缓冲区。如果源字符串碰巧来自用户输入,且没有专门限制其大小,则有可能会造成缓冲区溢出。
再比如/strcat函数,将src字符串拼接到dest字符串后面。strcat假定用户在执行这个函数时, 已经为dest分配了足够多的内存, 可以容纳src字符串中的所有内容,而一旦这个假定不成立时,就会产生缓冲区溢出。
如果过程中,用户想对s1进行扩展
strcat(s1, "Cluster");
1
由于没有注意到s预分配的空间大小,执行以后会导致s1的内容缓冲到s2,以至于s2的内容被意外修改成Cluster,这种错误对数据库的使用过程致命的。
而SDS在sdscat时会预先检查空间是否足够,不够的话会通过sdsMakeRoomFor自动为要拼接的字符串扩展空间.
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sds sdscatlen(sds s, const void *t, size_t len) {
size_t curlen = sdslen(s);
s = sdsMakeRoomFor(s,len);
if (s == NULL) return NULL;
memcpy(s+curlen, t, len);
sdssetlen(s, curlen+len);
s[curlen+len] = '3.减少因修改字符串带来的内存重分配次数';
return s;
}
4.可以存放二进制数据
总结
因为 C 字符串的长度和底层数组的长度之间存在着这种关联性, 所以每次增长或者缩短一个 C 字符串, 程序都总要对保存这个 C 字符串的数组进行一次内存重分配操作SDS对于内存操作实现了空间预分配和惰性空间释放两种优化策略。 1.空间预分配 我们上面提到过,在对字符串进行增长操作时,会使用一个sdsMakeRoomFor函数来扩展字符串。
2.惰性空间释放 惰性空间释放用于优化 SDS 的字符串缩短操作: 当 SDS 的 API 需要缩短 SDS 保存的字符串时,程序并不立即使用内存重分配来回收缩短后多出来的字节,而是把缩短后的长度记录在len属性中,剩余空间用于未来扩展字符串用。
这也是我们将 SDS 的 buf 属性称为字节数组的原因 —— Redis 不是用这个数组来保存字符, 而是用它来保存一系列二进制数据。
<全文完>
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