第一部分之简单字符串SDS(第二章)

Posted 2021-02-15 inspred

一，什么是SDS？

1.引出SDS
C字符串：c语言中，用空字符结尾的字符数组表示字符串
简单动态字符串(SDS):Redis中，用SDS来表示字符串。在Redis中，包含字符串值的键值对在底层都是由SDS实现的
首先，Redis使用C语言写的，但是Redis没有使用C语言传统的字符串表示，它自己构建了简单字符串的抽象类型来表示字符串。

2.SDS的定义
一个sdshdr结构表示一个SDS值。结构如下：
struct sdshdr {
    //记录buf数组中已使用字节的数量
    int len;
    
    //记录buf数组中未使用字节的数量
    int free;

    //char类型的数组，用来保存字符串
    char buf[];    
}
注意：SDS还是遵循了C字符串以空字符结尾的惯例，最后一个字节保存空字符‘‘。这样做的好处是SDS可以重用一些C字符串函数库里面的函数。

3.SDS和C字符串的区别
A.结构上

    

B.获取字符串的长度时：
    C字符串需要遍历整个字符串，当发现空字符时，停止计数。时间复杂度为O(n)。
    SDS中的len属性记录了SDS的长度。时间复杂度为O(1)。
C.杜绝缓冲区溢出：
由于C字符串不记录自身的长度。当修改字符串之前，如果没有为字符串分配（我们手动分配）足够的空间，会造成缓冲区溢出
当修改SDS字符串时，API会先检查SDS的空间是否满足修改所需要的要求（通过 len free 来判断）。如果不满足，API会自动(不需要我们手动分配)修改SDS空间的大小

D.减少内存重新分配次数
对于C字符串来说，每次修改时，都需要对保存这个C字符串的数组进行一次内存重新分配操作。
    如果拼接字符串，在拼接之前，程序需要先通过内存重新分配扩展底层数组的空间大小。否则会缓冲区溢出
    如果缩短字符串，在截断字符串之后，程序需要通过内存重新分配来释放不用的空间。否则会内存泄漏
对于SDS来说，通过未使用空间 len free，实现了空间预分配和惰性空间释放两种优化策略。
    空间预分配(字符串增长)：修改之后，如果SDS的长度小于1MB,程序分配和len同样大小的未使用(len free)
                空间。如果大于1MB的空间,程序分配1MB的未使用空间。
    惰性空间释放(字符串缩短)：缩短字符串后，程序不是立即使用内存重新分配来回收缩短后多出来的字节，
                而是使用free属性将这些字节的数量记录起来，等待将来使用。

E.二进制安全

只关心二进制化的字符串，不关心具体格式，只会严格按照二进制的数据存取，不会根据某种特殊的标志来解析。
C字符串中，空字符串被当做字符串的结尾来解析的。比如存hello world字符串时，C字符串只会保存hello。因为对于中间的空格，C字符串解析成空字符，当做这个字符串的结尾。world就丢失了。但是SDS字符串，写入是什么样，它被读取就是什么样。那么SDS是如何判断字符串是否结束呢？通过len属性的值获取字符串的长度，字符串长度是多少，在读取字符串的时候就读取多少长度。

F.兼容部分C字符串函数
通过遵循C字符串以空字符结尾的惯例，SDS可以在有需要的时候重用<String.h>函数库