Redis —— 概述、简单动态字符串

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mb5ff40d0fc970b 2021-09-24 16:53:00

文章标签 字符串 redis c语言时间复杂度数组 文章分类 Redis 数据库

Redis 概述

Redis（remote dictionary server）远程字典服务，用C语言编写，支持网络，可基于内存也可以持久化的日志型，key-value数据库。提供了多种语言的api，性能高、速度快。

数据结构与对象

redis 的 key 和 value 都是对象，其中key是字符串对象，而value则可以是多种对象，共以下5种：

string	list	hash	set	sorted set
字符串	列表	哈希	集合	有序集合

简单动态字符串（SDS）

redis 存在一种对象类型叫做：simple dynamic string 动态字符串，即SDS。

基于C语言的结构体，SDS包含一个字节数组和两个默认属性，这两个属性分别记录了，所保存字符串的长度len，以及数组空闲的空间free。

struct sdsshdr {
    int len;		// 记录字符串长度信息
    int free;		// 记录未使用的空间长度
    char buf[];		// 保存二进制字节
}

基于这种特性，下面来谈谈redis的sds结构相比较于C语言常规字符串的优势。

获取长度效率高
- 由于C语言字符串并不记录自身的长度信息，想要获取其长度时，需要遍历整个字符串，时间复杂度为O(n)。
- 而sds 由于有len这一信息保存了长度，因此获取长度的时间复杂度为：O(1)。
杜绝缓冲区溢出
- 在C语言中，若要拼接两个字符串s1、s2，则必须要提前给s1分配足够的内存，否则会发生溢出。
- 而SDS在修改字符串时，首先会检索空间是否足够，若不足够，则动态扩容。
减少内存重分配次数
- C语言中修改字符串需要做大量的内存重新分配，如在扩容时需要重新分配内存，缩短时需要回收内存，这样的话在遇到高频率的字符串修改时，性能会有所下降。
- redis的sds基于自身的free和len属性，针对于扩容和缩短字符串两种不同的应用场景，实现了两种优化策略。
  - 空间预分配策略
    
    当扩容字符串后：
    1. 若len < 1MB，则给sds再分配len的空间，即：
      
      分配前：len，free = 0；
      
      分配后：len， free = len
    2. 若len >= 1MB，则给sds分配1MB的空间，即：
      
      分配前：len，free = 0；
      
      分配后：len，free = 1MB
  - 惰性空间释放
    
    当缩短字符串时，sds并不急于回收内存，而是用free来记录。
    
    与此同时，sds也提供了API可以在需要时回收这些未使用空间，以避免空间资源浪费。
二进制安全
- C字符串在遇到空格时会认为是字符串结尾，使得C字符串无法保存二进制信息。
- sds的buf数组用于保存二进制字节
兼容部分C的字符串函数
Redis兼容了部分C函数，避免代码重复。