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C語言基礎

Redis基礎

導入

redis的命令如下：

set x "hello";

get x;

hello

Redis作為一種存儲字符串的緩存結構，其具體實現是由C語言完成，在C語言中，字符串是通過字符數組實現的，即char[]，那么Redis對于字符串的實現是不是也是基于字符數組嗎？不是的，Redis對字符串的處理是通過SDS(Simple Dynamic String)實現的。

SDS介紹

SDS(Simple Dynamic String)簡單動態字符串，它是由C語言完成，如下是其具體實現

Redis作為一種存儲字符串的緩存結構，其具體實現是由C語言完成，在C語言中，字符串是通過字符數組實現的，即char[]，那么Redis對于字符串的實現是不是也是基于字符數組嗎？不是的，Redis對字符串的處理是通過SDS(Simple Dynamic String)實現的。

struct sdshdr{//記錄buf數組已使用字節的數量//等于SDS所保存字符串的長度

intlength;//記錄buf數組未使用字節的數量

intfree;//buf數組

char[] buf;

};

看看redis的示例：

sdshdr

free0length5buf-->|'R'|'e'|'d'|'i'|'s'|'\0'|解釋：-free為0，表示這個SDS沒有分配任何未使用的空間-length為5，表示這個SDS保存了一個長度為5的字符串- buf數組中保存著“Redis”字符串

SDS遵循C字符串以空字符串結尾的慣例，保存空字符串的1字節空間不計算在SDS的len屬性之中。

再看看SDS的free不為0的情況：

sdshdr

free3length5buf-->|'R'|'e'|'d'|'i'|'s'| | | |

free的值為3，表示這個SDS分配了三個空閑的空間

SDS與字符串的區別

C語言使用簡單的字符串表示方式，并不能滿足Redis對字符串在安全性，效率，以及功能方面的要求，SDS更使用Redis。

@1 常數復雜度獲取字符串長度

C字符串：

因為C語言并不記錄自身的長度信息，所以獲取一個C字符串的長度，程序必須遍歷整個字符串，對遇到的，每個字符進行計數，直到遇到代表字符串結尾的空字符串為止，這個操作的復雜度為O(n)。

SDS:

與C語言不同的是，SDS結構中的屬性length記錄了SDS本身的長度，所以獲取一個SDS長度的復雜度為O(1)。有人疑問那么SDS的length值是哪來的？這里的length值是SDS API在設置和更新SDS時自動完成的。

總結1：通過使用SDS而不是C字符串，Redis獲取字符串長度的復雜度由O(N)降為O(1)，這確保了字符串長度的獲取的工作不會成為Redis的性能瓶頸。

@ 2杜絕緩沖區溢出

C字符串：

由于C自身不記錄字符串的長度帶來一個問題是容易造成緩沖區溢出(buffer overflow)。在/strcat函數中，可以將一個字符串拼接到另外一個字符串的末尾。

`char *strcat(char *dest,const char *src)`

理想狀態下，用戶在使用這個函數時，假定C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，就會產生緩沖區溢出。舉個例子，假定內存中有相鄰的兩個字符串s1，s2，如圖：

s1 s2| |...|'R'|'e'|'d'|'i'|'s'|'\0'||'g'|'o'|'o'|'d'|'\0'|...

如果執行strcat(s1," cluster");將Redis改為”Redis cluster“，但是粗心的卻忘了在執行這句之前為s1分配足夠的空間，那么在執行之后，s1的數據將會溢出到s2所在的空間，導致s2保存的內容意外的被修改。

SDS:

與C語言不同的是，SDS空間分配政策完全杜絕了發生緩沖區溢出的可能性：當SDS API需要對字符串進行修改時，首先會檢查SDS的空間是否滿足修改所需的要求，因為SDS自身有對字符串長度記錄的屬性length和空閑空間屬性free，可以借助這兩個參數進行檢查。SDS會在執行動作之前判斷SDS的空間大小，再去執行操作，如果空間不夠的話，SDS API會自動擴展空間。

@ 3減少修改字符串時帶來的內存重分配次數

C字符串：

因為C字符串不記錄自身長度，每次增長或者縮短字符串長度時，程序都要對這個C字符串數組進行一次內存重新分配操作，不然容易造成內存益出。因為內存，分配設計復雜的算法，并且可能需要執行系統調用，所以它通常是一個比較耗時和耗能的操作。但是Redis作為緩存，追求速度，所以不能經常發生內存分配操作。

SDS:

SDS數組中的未使用空間字節數量由SDS的屬性free記錄，通過free記錄，SDS實現了空間預分配和惰性釋放兩種優化策略。

1. 空間預分配

空間預分配用于優化SDS的字符串增長操作：當SDS的API對一個SDS進行修改，并且需要對SDS的空間進行擴展時，程序不僅會為SDS分配修改所需要的空間，而且還會為SDS分配額外的空間。額外的空間分配規則如下：

(1)如果修改SDS之后，SDS的長度小于1MB，那么程序會給SDS分配和length一樣大的額外空間，這是SDSlength和free的值相等。舉個例子，如果修改后的字符串長度為13k，那么SDS的空間將會占據13+13+1=27k(額外的一個字節用于保存空字符串)。

(2)如果修改SDS之后，SDS的長度大于1MB，那么程序會給SDS分配額外的1MB空間，舉個例子，比如修改后的SDS有30MB的大小，那么程序會分配1MB的未使用空間，SDS的buf數組實際大小將是30MB+1MB+1byte。

2.惰性釋放

惰性釋放用于優化SDS的字符串縮短操作：當SDS的API要縮短SDS保存的字符串時，程序并不需要立即使用內存重分配策略來回收縮短后多出來的字節，而是使用free屬性將這些字節記錄起來，并等待使用。

@4 二進制安全

C字符串中的字符必須符合某種編碼(比如ASCII)，并且除了字符串末尾之外，字符串里面不能包含空字符串，否則最先被程序讀入的空字符串將被誤認為是字符串結尾。

SDS API都是二進制安全的，所有SDS API都會以處理二進制的方式來處理存放在SDS buf中的數據，數據寫什么樣，它被讀取時就是什么樣子。

@5 兼容部分C字符串函數

SDS的API總會以SDS保存的數據的末尾設置為空字符串，并且在分配SDS空間時會多分配一個字節的空間來容納空字符串，這是為了那些保存的數據可以重用一部分庫中的函數。

總結

字符串和SDS之間的區別總結如下：

總結

以上是生活随笔為你收集整理的java中redis原理_Redis字符串键的底层原理的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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