大家好，我是鸭血粉（大家会亲切的叫我“粉”），一个喜欢吃鸭血粉的程序员。总结了线上OOM的情况，相信大家可以从中学到一些东西，作为一个有抱负的程序员，阿粉，我的理解是光吃老本是不够的，所以一直在学习，大家今天一起来我来学习Redis的SDS（不是SOS~）。01、SDS数据结构Redis的底层是基于C语言开发的，但它并没有使用C语言传统的字符串表示，而是自定义了一种数据结构SDS（SampleDynamicString，简单动态字符串）来表示字符串。传统的C语言字符串是以空字符（\0）结尾的字符数组。SDS的数据结构稍微复杂一点。整个结构由三部分组成，是Redis的基础。（阿芬猜测，这就是传说中的青从岚而来，比岚更胜一筹的地方）。1.1.数据结构SDS的数据结构在源码sds.h/sdshdrstructure中定义，包括free,len,buf[]三部分，含义如下buf[]：字节数组，用来存放实际的细绳;len：记录buf数组使用的字节数，等于存储在SDS中的字符串长度；free：记录buf数组中未使用的字节数。注意上图中的SDS代表一个包含'RED'的字符串，使用的长度为3，未使用的长度为2（这里用空格表示未使用），'\0'代表一个字符串的结尾不计入SDS的len中，由SDS底层函数自动添加，对用户透明。这里在最后统一使用空字符（\0），以复用C语言的相关函数。我相信每个人都能很好地理解这一点。毕竟有祖宗可以依靠，没必要这么辛苦的靠自己~。02、为什么要用SDS2.1，SDS和C语言字符串的区别？我们只能知道这种认识的原因。2.1.1、O(1)获取字符串的长度如果要获取传统C语言字符串的长度，需要遍历整个字符串，直到遇到'\0'字符，不知道整个字符串的长度是多少，运算复杂度是O(n)。但是在SDS中，由于我们记录的是字符串的长度，所以在获取字符串长度的时候可以直接获取，整个操作复杂度为O(1)。如上例，我们不用遍历就可以直接得到字符串的长度为3。另外Redis中字符串Key的底层实现使用的是SDS，所以这个特性保证了我们不需要去计算Key的长度。出现的任何瓶颈都不会影响系统的性能。2.1.2.动态扩展由于未使用的空间被记录在SDS中，如果已有的字符串被修改或赋值，SDS的底层函数会自动检测剩余空间是否可以满足修改。如果可用空间足够则直接修改；如果空闲空间不够，它会先进行动态扩展，以满足可以满足的空间大小，然后再执行修改动作。整个扩展动作由SDS底层功能自动完成，对用户无动于衷。对于传统的C语言字符串，如果修改前忘记手动扩容，字符串后面的数据会被覆盖。这里不得不说一句，为了方便广大程序员，其他骨灰级程序员（好吧，好像看到了未来的A粉）也操碎了心~2.1.3，减少传统C中的内存分配次数语言字符串，我们每次修改字符串都会涉及到字符串内存的重新分配，无论是增加还是减少字符串的长度。在这种情况下，如果我们多次调整字符串的长度，就会造成多次内存重新分配。在SDS中，当我们初始化一个SDS时，我们会根据实际的buf[]字符串的长度预先分配空间，并标记为空闲。这种方法称为空间预分配，可以在很大程度上减少因增加字符串长度而引起的内存重新分配。free的空间分配策略是根据buf[]的大小来决定的，如果buf[]的大小小于1MB，那么len的大小就和free一样大；如果buf[]的大小大于1MB，则free固定为1MB。上面说的是SDS字符串的长度增加。另外，如果SDS字符串的长度减少，SDS会将减少的长度存储在free中，而不是直接回收。这样方便下次再次使用，减少内存重分配。.这种策略称为惰性空间释放。同样以上两个操作对用户来说是完全不敏感的。阿芬觉得这个办法很合理。你怎么看“元芳”？2.1.4.二进制安全我们都知道Redis可以存储各种类型的数据，不仅可以是字符串，还可以存储图片、视频等二进制数据流。这是因为Redis不依赖'\0'空字符作为结束字符。C语言之所以不支持，是因为二进制流中携带了'\0'字符，导致无法知道字符串的真正结束位置。这带来了另一个Redis特性，二进制安全性。2.2为什么使用SDS通过上面阿芬提到的内容，我们知道SDS相对于传统的C语言字符串有很多优势，也正是这些本质的优势导致了SDS的存在。Redis是一个高性能的内存数据库，所以对性能的要求特别高。这种设计方式虽然浪费了一定的空间，但是满足性能要求还是值得的。在软件设计领域，用空间换取时间的方法还有很多。2.3SDS的常用API上面阿芬说的是一些原理，下面我从源码上给大家介绍一下。2.1中提到有获取长度len和释放空间free的动作，所以SDS底层必须有API提供支持。我们通过源码来看几个常用的API。1、源码sds.c文件中sdsfree函数定义如下：/*Freeansdsstring.Nooperationisperformedif's'isNULL.*/voidsdsfree(sdss){if(s==NULL)return;s_free((char*)s-sdsHdrSize(s[-1]));}2.在源码sds.h文件中，sdslen函数的定义如下：->len;caseSDS_TYPE_16:returnSDS_HDR(16,s)->len;caseSDS_TYPE_32:returnSDS_HDR(32,s)->len;caseSDS_TYPE_64:returnSDS_HDR(64,s)->len;}return0;}以上两个就是SDS底层对应的sdsfree和sdslen函数，用于释放SDS空间，获取SDS长度。3、源码sds.c文件中创建sds的函数定义如下：/*Createanempty(zerolength)sdsstring.Eveninthiscasethestring*alwayshasanimplicitnullterm.*/sdssdsempty(void){returnsdsnewlen("",0);}/*CreateanewsdsstringstartingfromanullterminatedCstring.*/sdssdsnew(constchar*init){size_tinitlen=(init==NULL)?0:strlen(init);returnsdsnewlen(init,initlen);}上面两个就是最下面对应的sdsempty和sdsnew函数SDS层，顾名思义，就是创建一个空的SDS，并创建一个新的SDS字符串。03.总结这篇文章，阿芬介绍了Redis的SDS以及SDS的底层结构，并且和C语言中的传统字符串进行了详细的对比，说明了SDS解决了哪些问题，最后带大家从源码中简单看了下在几个底层函数的实现中。在成为硬核程序员的路上，阿芬从未懈怠，斗志昂扬。你呢？你是不是也和阿芬一样，对未来充满期待！今天是2020年的第一个周末，你想怎么度过呢？是的？欢迎加入我们的Java极客技术知识星球留言，我们共同进步，共同成长。04.参考文档https://github.com/antirez/redishttps://redis.io/《Redis 设计与实现(第二版)》——黄建宏
