Redis设计与实现之SDS和链表
Redis的数据结构与对象
- redis数据库里的键值对都是由object组成的，数据库建总是一个字符串对象。
- redis数据库里的值可以是字符串对象，列表对象，哈希对象，集合对象，有序集合对象中的一种。
Redis的SDS（simple dynamic string ，简单动态字符串）
redis> set msg "helloRedis"
那么就会在Redis数据库中创建一个新的键值对，keg是msg，value是helloRedis，两个都是SDS。
redis>rpush number 1 2 3
说了这么多的SDS，那么到底什么是SDS，SDS又是怎么实现的呢，那它又和我们传统的字符串有什么区别呢？
我们可以用c的结构体来表示SDS的定义信息
struct sds{
int len;
int free;
char buf[];
}
那这些都是代表什么意思呢？
len：用来记录字符串的长度，也就是buf已使用的字节数量
free：用来记录buf中剩余的数量
buf：是一个char数组，用来保存字符串的每个字符，字符串最后必须是一个空字符’\0’，不占用空间但是占用位置。这些添加字符串后缀都是由redis的内部函数来实现。
不止这一点redis的设计和c很像，redis还有很多和c相同的地方，因为这样就可以直接重用一些c写好的函数。
现在是不是对SDS有一些了解了，从结构可以看出它比c中的字符串多了len和free，这写参数可以决定怎样的性能呢？
redis获取字符串长度时间复杂度低，保证了效率
- SDS有len来记录字节数，获取字符串长度操作时间复杂的理所当然的为O（1）
- 普通字符串它要遍历计数，他要找到最后一个字符，因此它的时间复杂度为O（n），因此SDS的strlen函数不会对性能造成任何影响。
SDS不会造成缓冲去溢出
这个原因的实质还是因为没有len，我们假设在计算机内存中按顺序排列着S1，S2字符串，S2紧跟着S1字符串。如果是普通字符串进行拼接操作
- Reids如果使用拼接函数（sdscut），计算S1拼接后的字符串长度很简单并调用函数为S1分配足够的空间，然后进行字符串拼接操作就不会造成由于S1内存不够而溢出到S2上去。
- 普通字符串要使用拼接函数（strcut）还必须要计算所占空间数，并且一不小心忘记这步操作就可能会使S1拼接后的字符串由于没有位置而挤到S2的空间去，造成S1的缓存溢出。
SDS会很大程度减少内存重分配次数
为什么这么说呢？相信大家以前也做过字符串修改的函数，我们当时函数底层是怎样的呢？在我们每次修改字符串时系统都会执行内存重分配算法，如果不经常修改的话这都不是问题（前提是不粗心，不然增的时候可能会造成内存溢出，删的时候可能会造成内存泄漏），但是数据库就不一样，因为数据库的修改操作很频繁，因此redis采用的缓存策略。
- redis的预分配策略（主要优化字符个数增加问题）：如果字符串小于1mb，那就给它再分配同样大小的空间作为预分配空间。比如本来是10个字节（len的值）在reids的策略后就是20个字节+一个空字符=21。如果大于1mb的话，那么就会给它分配1mb的内存，比如本来是10mb+1byte，在分配策略后就20mb+1byte，这样在频繁的修改过程中不会经常去调用内存分配，因此在性能上就占优一点。
- 惰性空间释放（主要优化字符个数减少问题）：如果是缩短了字符串，那redis并不会立即把它多余的空间释放掉，而是将它加入到free中可以再一度的优化字符串增长操作。但是如果在空间紧张或者有需要的时候redis也有相应的API来释放未使用的空间，因此也就不用担心内存浪费的问题了。
二进制安全
这个也是c中的字符串中比较难受的事情了，比如我们输入一串数字再加上空格再加上一串数字，c就只会把它的前一段写进去，因为c判断结束的标识是空字符。但是Redis就不会出现这种问题，输入进去什么样子，输出出来就是什么样子，为什么呢？归根结底还是因为有len，因为它可以记住个数而不是一味的根据空字符来判断是不是结束了，因此它上边就可以存任何类型的东西。比如传一串二进制字符串，c可能得需要很复杂的处理，但是Redis根据SDS的定义就可以很轻松的解决这个问题。那Redis可以不给末尾加\0也可以实现为什么要加，还是因为它可以重用一些c的库函数。
总结：
SDS相对于普通字符串的优点（归根结都还是结构体的设计问题）
- 获取长度复杂度小
- 杜绝缓冲的溢出
- 减少再修改字符串时内存重分配的次数
- 二进制安全
Redis中的链表
typedef struct listNode{struct lsitNode *preb；struct listNode *next；void *value；}listNode；
但是Redis是以高性能著称的，按照上述设计那不就是一个普通的单链表么，因此个数据结构仍有改进的空间。Redis后来就自己设计了如下结构的节点结构。
typedef struct list{listNode *head；//表头节点listNode *tail；//表尾unsigned long len；//链表所包含的字节数void *( * dup)(void *ptr);//节点复制函数void (*free)(void *ptr);//节点释放函数int (*match)(void *ptr,void key);//节点值对比函数，对比链表节点所保存的值和另一个输入值是否相等}list;虽然感觉上述这些并不是很难懂，但是它都设计的很巧妙，对查询和修改都优化了不少。
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