Redis之SDS數(shù)據(jù)結構的使用

更新時間：2022年08月08日 16:21:27 作者：四問四不知

本文主要介紹了Redis之SDS數(shù)據(jù)結構的使用，文中通過示例代碼介紹的非常詳細，對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值，需要的朋友們下面隨著小編來一起學習學習吧

序言

Redis的幾種基本數(shù)據(jù)結構有字符串（String）、哈希（Hash）、列表（List）、集合（Set）、有序集合（Sorted Set），這些是最常見的，也能在官網(wǎng)上查看到。

官網(wǎng)鏈接：Redis 教程_redis教程

字符串

前面也提到過字符串是設計了簡單動態(tài)字符串SDS（Simple Dynamic String）結構來表示字符串。這種數(shù)據(jù)結構可以提升字符串的操作效率，并可以保存二進制數(shù)據(jù)。

先思考一個問題：

Redis是用C語言實現(xiàn)的，那么為什么沒有復用C語言的字符串實現(xiàn)方法，而選用了SDS呢？

char*字符串數(shù)組

C語言實現(xiàn)字符串使用的是char*字符串數(shù)組，它是一塊連續(xù)的內存空間，一次存放了字符串的每一個字符，并且最后一個字符是“\0”，用來標識字符串的結尾位置，如下圖，

連續(xù)的內存空間的所有字符串沒有分隔符計算機就沒辦法區(qū)分字符串與字符串之間的位置。在C語言標準庫中字符串的操作函數(shù)就會通過檢查字符串數(shù)組中是否有“\0”來判斷字符串是否結束。例如字符串操作函數(shù)strlen函數(shù)，它就是在遍歷字符串數(shù)組中的每一個字符，并進行計數(shù)，直到檢查到“\0”，它的時間復雜度是O(n)。流程如下，

簡單動態(tài)字符串SDS

SDS的數(shù)據(jù)結構里包含：字符串實際長度，字符串分配空間長度，SDS類型，字符數(shù)組，其中字符數(shù)組buf[]用來保存實際數(shù)據(jù)，如下圖，

再來看看類似的字符操作函數(shù)sdslen函數(shù)的源碼（在sds.h文件中），直接根據(jù)SDS類型返回對應的字符串現(xiàn)有長度，避免了對字符串的遍歷，時間復雜度變成了O(1)，當然也會付出一點代價增加了空間復雜度。這都是設計人員讓數(shù)據(jù)操作更加高效。源碼如下，

static inline size_t sdslen(const sds s) {
    unsigned char flags = s[-1];
    switch(flags&SDS_TYPE_MASK) {
        case SDS_TYPE_5:
            return SDS_TYPE_5_LEN(flags);
        case SDS_TYPE_8:
            return SDS_HDR(8,s)->len;
        case SDS_TYPE_16:
            return SDS_HDR(16,s)->len;
        case SDS_TYPE_32:
            return SDS_HDR(32,s)->len;
        case SDS_TYPE_64:
            return SDS_HDR(64,s)->len;
    }
    return 0;
}

再來看一下字符串的拷貝源碼，操作都使用了字符串的現(xiàn)有長度，拷貝后進行更新。

sds sdscpylen(sds s, const char *t, size_t len) {
    // 判斷字符串數(shù)組分配的空間長度是不是小于字符串數(shù)組當前長度
    if (sdsalloc(s) < len) {
        // 根據(jù)要追加的長度len-sdslen(s)和現(xiàn)有長度，判斷是否增加新的空間
        s = sdsMakeRoomFor(s,len-sdslen(s));
        if (s == NULL) return NULL;
    }
    // 將源字符串t中l(wèi)en長度的數(shù)據(jù)拷貝到目標字符串結尾
    memcpy(s, t, len);
    // 拷貝完后，在目標字符串結尾加上\0
    s[len] = '\0';
    // 設置字符串數(shù)組最新當前長度
    sdssetlen(s, len);
    return s;
}

SDS把目標字符串的空間檢查和擴容封裝在了sdsMakeRoomFor函數(shù)中，追加、打印、復制等操作都會調用該函數(shù)?？梢钥吹皆摵瘮?shù)根據(jù)sds的信息進行動態(tài)擴容，源碼如下，

sds sdsMakeRoomFor(sds s, size_t addlen) {
    void *sh, *newsh;
    // 獲取sds可用空間
    size_t avail = sdsavail(s);
    size_t len, newlen;
    char type, oldtype = s[-1] & SDS_TYPE_MASK;
    int hdrlen;
 
    // 如果可用空間大于等于要增加的空間，則直接返回
    if (avail >= addlen) return s;
    // sds長度
    len = sdslen(s);
    // sds指針
    sh = (char*)s-sdsHdrSize(oldtype);
    // 新字符串長度
    newlen = (len+addlen);
    // 如果新長度小于最大預分配長度，則進行兩倍擴容
    if (newlen < SDS_MAX_PREALLOC)
        newlen *= 2;
    else
        newlen += SDS_MAX_PREALLOC;
    type = sdsReqType(newlen);
    // SDS類型5轉換為類型8
    if (type == SDS_TYPE_5) type = SDS_TYPE_8;
 
    hdrlen = sdsHdrSize(type);
    if (oldtype==type) {
        newsh = s_realloc(sh, hdrlen+newlen+1);
        if (newsh == NULL) return NULL;
        s = (char*)newsh+hdrlen;
    } else {
        /* Since the header size changes, need to move the string forward,
         * and can't use realloc */
        newsh = s_malloc(hdrlen+newlen+1);
        if (newsh == NULL) return NULL;
        memcpy((char*)newsh+hdrlen, s, len+1);
        s_free(sh);
        s = (char*)newsh+hdrlen;
        s[-1] = type;
        sdssetlen(s, len);
    }
    sdssetalloc(s, newlen);
    return s;
}

可以看到sdsMakeRoomFor函數(shù)中sdshdr5類型不再使用直接轉換成了sdshdr8類型，它們是SDS設計的5種類型，分別表示sdshdr5、sdshdr8、sdshdr16、sdshdr32和sdshdr64，下面就看一下這幾種類型的結構源碼，如下圖，

struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr5 {
    unsigned char flags; /* 3 lsb of type, and 5 msb of string length */
    char buf[];
};
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr8 {
    uint8_t len; /* used */
    uint8_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
    unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
    char buf[];
};
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr16 {
    uint16_t len; /* used */
    uint16_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
    unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
    char buf[];
};
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr32 {
    uint32_t len; /* used */
    uint32_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
    unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
    char buf[];
};
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr64 {
    uint64_t len; /* used */
    uint64_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
    unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
    char buf[];
};

sdshdr5已不再使用，所以在函數(shù)中做了處理，把sdshdr5類型轉換為sdshdr8類型。前面也提到過SDS是緊湊型字符串數(shù)據(jù)結構，以sdshdr8為例，它是用的是uint8_t即8位無符號整型，會占用1字節(jié)的內存空間。SDS之所以設計不同的結構是為了能靈活保存不同大小的字符串，從而有效節(jié)省內存空間。

另外，__attribute__ ((__packed__))標志可以告訴編譯器在編譯以上數(shù)據(jù)結構時，不實用字節(jié)對齊的方式（不滿8字節(jié)的整數(shù)倍，則會自動補齊），而是采用緊湊的方式分配內存。

到此這篇關于Redis之SDS數(shù)據(jù)結構的使用的文章就介紹到這了,更多相關Redis SDS數(shù)據(jù)結構內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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