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什么是SDS（簡單動態字符串）

redis是由C語言編寫的，但是redis在實現字符串中并沒有采用傳統C語言中的字符串表示（傳統的C語言字符串是一個以空字符‘\0’結尾的字符數組char*），而是自己定義了一種叫做簡單動態字符串（simple dynamic string, 簡稱SDS)的抽象類型，并用SDS用作redis默認的字符串表示。

SDS結構

Redis 5.0 及之后的版本

struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr {uint8_t len;        // 字符串的實際長度uint8_t alloc;      // 分配的總空間（不包括頭部和結尾的 \0）unsigned char flags; // 標志位，用于標識 SDS 的類型char buf[];         // 存儲字符串內容的柔性數組
};

• len：記錄字符串的實際長度（不包括結尾的 \0）。

• alloc：記錄分配的總空間（不包括頭部和結尾的 \0）。

• flags：標志位，用于標識 SDS 的類型（如 SDS_TYPE_8、SDS_TYPE_16 等）。

• buf：存儲字符串內容的動態數組，末尾會自動添加 \0，以兼容 C 語言的字符串函數。

新版SDS根據字符串的長度動態選擇不同的類型：

• SDS_TYPE_5：長度小于 32。

• SDS_TYPE_8：長度小于 256。

• SDS_TYPE_16：長度小于 65536。

• SDS_TYPE_32：長度小于 2^32。

• SDS_TYPE_64：長度小于 2^64。

這種設計可以根據字符串的實際長度動態調整頭部的大小，進一步節省內存。

SDS的優點

O(1) 時間復雜度獲取字符串長度

C 語言的原生字符串需要通過遍歷（strlen）來獲取長度，時間復雜度為 O(n)。

SDS 直接通過 len 字段獲取長度，時間復雜度為 O(1)。

避免緩沖區溢出

C 語言的原生字符串操作（如 strcat）容易導致緩沖區溢出。

// 將 src 字符串拼接到 dest 字符串后面
char *strcat(char *dest, const char* src);

C 語言的字符串是不會記錄自身緩沖區大小的，所以 strcat 函數假定程序員在執行這個函數時，已經為 dest 分配了足夠多的內存，可以容納 src 字符串中的所有內容，而一旦這個假定不成立，就會發生緩沖區溢出可能會造成程序運行終止。

SDS 在修改字符串時會檢查剩余空間（free），如果不足則自動擴展，避免溢出。

減少內存重分配次數

SDS 采用預分配空間的策略：

• 當字符串長度增加時，SDS 會額外分配一些未使用的空間（free），減少后續修改時的內存重分配次數。
• 例如，SDS 的擴容策略通常是：新長度小于 1MB 時，分配雙倍空間；大于 1MB 時，額外分配 1MB。

二進制安全

C 語言的原生字符串以 \0 作為結束符，不能存儲包含 \0 的二進制數據。因此其只能保存文本數據，不能保存圖片，音頻，視頻和壓縮文件等二進制數據，否則可能出現字符串不完整的問題，所以其是二進制不安全。

SDS 通過 len 字段記錄長度，可以存儲任意二進制數據，包括 \0。

兼容C語言字符串函數

SDS 的 buf 字段末尾會自動添加 \0，因此可以直接使用 C 語言的字符串函數（如 printf）。

SDS的操作

Redis 提供了一系列函數來操作 SDS，例如：

• 創建 SDS：sdsnew、sdsempty
• 追加字符串：sdscat
• 復制字符串：sdscpy
• 釋放 SDS：sdsfree
• 獲取長度：sdslen
• 獲取剩余空間：sdsavail

總結

SDS 是 Redis 中用于表示字符串的底層數據結構，具有高效、安全、靈活的特點。它通過預分配空間、記錄長度等方式，避免了 C 語言原生字符串的缺陷，同時兼容 C 語言的字符串函數。SDS 的設計是 Redis 高性能和高可靠性的重要基礎之一。