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Redis中的簡(jiǎn)單動(dòng)態(tài)字符串實(shí)現(xiàn)
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Redis是一個(gè)高性能的key-value存儲(chǔ)系統(tǒng)，被廣泛地應(yīng)用于各種互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中。而Redis作為一個(gè)內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)，需要對(duì)內(nèi)存的使用進(jìn)行高效地管理。Redis中使用的簡(jiǎn)單動(dòng)態(tài)字符串（sds）是其實(shí)現(xiàn)的核心之一，其能夠高效地完成字符串的操作，本文將介紹Redis中簡(jiǎn)單動(dòng)態(tài)字符串的實(shí)現(xiàn)。
簡(jiǎn)單動(dòng)態(tài)字符串定義
簡(jiǎn)單動(dòng)態(tài)字符串是Redis中一個(gè)用于字符串操作的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它實(shí)際上是一個(gè)字符數(shù)組，同時(shí)包含了字符串的長(zhǎng)度和空間的分配情況兩個(gè)信息。 SDS是一種動(dòng)態(tài)擴(kuò)容的字符串類(lèi)型，它采用空間預(yù)分配的方式，每次增加空間以翻倍的速度進(jìn)行擴(kuò)容，以減少內(nèi)存分配的次數(shù)，從而提高 Redis 的性能。
在實(shí)現(xiàn) SDS 時(shí)，Redis 參考了C的字符串操作庫(kù)stdarg.h中的sprintf庫(kù)函數(shù)，SDS 與字符串的普通處理方式有許多區(qū)別：
1. SDS 在字符串的開(kāi)頭增加 len 字段，用于保存字符串的長(zhǎng)度，使進(jìn)程可以用 O（1）的時(shí)間復(fù)雜度獲取字符串的長(zhǎng)度；
2. 在 C 中字符串的底層實(shí)現(xiàn)是字符數(shù)組，使用程序員可以操作字符數(shù)組的方式來(lái)訪(fǎng)問(wèn)字符串，但這樣易發(fā)生越界的情況；而 SDS 明確了字符串的開(kāi)頭與結(jié)束兩個(gè)位置，大大減小了數(shù)據(jù)越界的可能性，從而提高了程序的安全性；
3. SDS 每次在字符串的末尾添加數(shù)據(jù)時(shí)，并不是一旦空間不足立即擴(kuò)容。相反，當(dāng) SDS 剩余空間不足以存儲(chǔ)新的數(shù)據(jù)，才會(huì)對(duì)動(dòng)態(tài)內(nèi)存進(jìn)行重新分配，從而保證了空間的利用率。
SDS的實(shí)現(xiàn)
Redis中的簡(jiǎn)單動(dòng)態(tài)字符串實(shí)現(xiàn)主要注重以下幾點(diǎn)：
1. SDS的內(nèi)存管理
Redis 通過(guò)下列結(jié)構(gòu)體來(lái)定義 SDS：
typedef struct sdshdr {
int len;
int free;
char buf[];
} sdshdr;
其中，len 表示字符串占用的長(zhǎng)度，free 表示剩余空間的長(zhǎng)度，buf 則是字符串的首地址，通過(guò)len可直接獲取整體字符串的長(zhǎng)度，根據(jù)申請(qǐng)的內(nèi)存塊大小，可以計(jì)算出空余空間的大小。
2. SDS的擴(kuò)容策略
SDS 的擴(kuò)容策略非常好，按照一定比例進(jìn)行擴(kuò)容，每次擴(kuò)容相當(dāng)于原來(lái)空間的兩倍。這種擴(kuò)容方式將硬件內(nèi)存分配和釋放次數(shù)減少至最少，在內(nèi)存和 CPU 的使用上具有最優(yōu)的性能。
擴(kuò)容實(shí)現(xiàn)方法如下：
void sdsReq(sds *s, size_t len) {
struct sdshdr *sh = (void*)(s-(sizeof(struct sdshdr)));
size_t totlen, curlen = sdslen(s);
if (len
if (sh->free >= (totlen = curlen+len)) {
sh->len = curlen+len;
sh->free = sh->free-len;
return;
}
if (totlen
totlen *= 2; //每次翻倍的擴(kuò)容方法
else
totlen += SDS_MAX_PREALLOC; //限定最大值的擴(kuò)容方法
struct sdshdr *newsh = realloc(sh, sizeof(struct sdshdr)+totlen+1);
if (newsh == NULL) printf("realloc fled");
newsh->free = totlen - curlen;
s = newsh->buf;
sdssetlen(s,curlen); //將s指向的地址為新sh的buf字段首地址
}
3. SDS的安全性
Redis中使用了復(fù)雜的字符數(shù)組安全機(jī)制來(lái)存儲(chǔ) SDS 內(nèi)容，避免字符串的操作越界，并使用預(yù)處理的字符串長(zhǎng)度來(lái)減少去字符串長(zhǎng)度的操作（O(1)）。同時(shí)，所有的字符串操作都進(jìn)行了位置限制，避免了字符串的操作越界。
總結(jié)
SDS 是一種高效的字符串操作方式，優(yōu)勢(shì)在于提高了內(nèi)存的利用率，避免了字符串操作越界，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了字符串操作的快速處理。在 Redis 的實(shí)現(xiàn)中，采用了上述的 SDS 三個(gè)方面的實(shí)現(xiàn)方式，從而使能 Redis 在字符串操作上達(dá)到高并發(fā)，高性能。
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