redis源码分析之底层数据结构(一)-动态字符串sds

1.绪论

我们知道redis是由c语言实现的,c语言中是自带字符串的,但是为什么redis还要再实现自己的动态字符串呢,这种动态字符串的底层数据结构是怎样的呢?接下来我们带着这些问题来看一看redis中的动态字符串sds。

2.sds的组成

cpp 复制代码
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 {
    //字符数组的长度
    uint16_t len; /* used */
    //整个sds字符串的大小
    uint16_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
    //表示是5种sds字符串中的哪一种
    unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
    //真正存储数据的地方
    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[];
};

可以看出redis中sds是一个动态数组,它由长度+sds占据内存大小+sds的类型+加一个数组组成。如果用图表示如下:

可以看出redis的sds和java中的ArrayList是类似的。

3.sds的优点

为什么redis需要重新实现一个字符串呢?主要有如下的几点考虑:

3.1.常数时间复杂度获取字符串长度

普通字符串以'\0'结尾,而sds存取了整个字符串占据多少个字符。所以普通字符串需要用o(n)的复杂度获取到字符串长度,而sds以o(1)的复杂度获取到字符串长度;

3.2.存储特殊符号\0

sds能够存储特殊符号\0',当时c语言原生的字符串以'\0'结尾,不能存储\0,保证二进制安全;

3.3.内存动态分配,防止杜绝缓冲区溢出

c语言原生字符串,内存一但分配,大小便固定,比如在调用'append key'命令的时候,会实现字符串拼接的功能,如果超出缓冲器大小,会超出分配内存大小而报错;

但是sds实现了动态扩展的功能,在拼接前,会检查内存是否够用,如果不够用,便会进行动态扩容,而如果数组的剩余空间过多,便会进行缩容。

3.3.1 动态扩容

当新的字符串占用空间超出分配内存空间时,会进行动态分配,并且会提前考虑预分配一部分空间,防止内存的频繁分配问题。

3.3.2 动态缩容

当已使用内存小于分配内存的部分比例时,会进行动态缩容,并且采用惰性释放的策略,不使用的数据并不会立即清除,而是等待有新的字符串写入的时候进行覆盖。

3.4.节约内存

在高版本的redis中,将存储字符数值分成了5类,分别是sdshdr5 、sdshdr8 、sdshdr16 、sdshdr32 、sdshdr64 ,redis会根据存储的字符内容来判断采用哪个中字符串尽显存储数据。比如如果用户写入的字符串只包含abcd这种英文字母,每个字符串用一个字节便能存储。sds便会考虑采用sdshdr8来进行存储.

4.总结

可以看出redis的sds其实就相当于java中的ArrayList,都具有动态扩容,缩容等功能。

5.参考

1 黄建宏 redis设计与实现

2 https://juejin.cn/book/7144917657089736743/section/7144917738698326019

相关推荐
Nontee11 分钟前
新手数据库进阶:大白话图解四大隔离级别与底层机制
数据库·oracle
dishugj16 分钟前
【YashanDB 认证】我的崖山数据库初体验:从陌生到上手的成长之路
数据库
前端 贾公子19 分钟前
Claude Code 的 skills 源码解析 (上)
数据库·人工智能
吠品22 分钟前
.NET 8 单文件发布:把 exe 和一堆 dll 打进一个文件里
服务器·数据库·windows
odoo中国26 分钟前
Odoo19 内置缓存原理、用法与避坑指南
缓存·odoo19·实际案例·缓存原理·内置缓存用法
cmes_love33 分钟前
期货五档tick数据下载教程期权五档高频历史数据以及分钟量化回测下载
数据库
蚂蚁数据AntData36 分钟前
从ChatBI到业务记忆:重新定义数据智能的生产力边界
大数据·网络·数据库·人工智能·算法
Quincy_Freak40 分钟前
技术随笔|银河麒麟aarch64内网轻量数据分析工具 SQLiteGo 使用体验
大数据·数据库·数据挖掘·数据分析·sqlite·银河麒麟·aarch64
Amnesia0_041 分钟前
MySQL视图和用户管理
数据库·mysql
matrixmind11 小时前
aiomysql:异步场景下的 MySQL 驱动
android·数据库·mysql·其他