Redis中怎么實現(xiàn)字符串

Redis中怎么實現(xiàn)字符串，針對這個問題，這篇文章詳細介紹了相對應的分析和解答，希望可以幫助更多想解決這個問題的小伙伴找到更簡單易行的方法。

Redis字符串的實現(xiàn)

Redis雖然是用C語言寫的，但卻沒有直接用C語言的字符串，而是自己實現(xiàn)了一套字符串。目的就是為了提升速度，提升性能，可以看出Redis為了高性能也是煞費苦心。

Redis構建了一個叫做簡單動態(tài)字符串（Simple Dynamic String），簡稱SDS

1.SDS 代碼結構

struct sdshdr{  
    //  記錄已使用長度      int len;  
    // 記錄空閑未使用的長度      int free;  
    // 字符數(shù)組      char[] buf;  
};

SDS ？什么鬼？可能對此陌生的朋友對這個名稱有疑惑。只是個名詞而已不必在意，我們要重點欣賞借鑒Redis的設計思路。下面畫個圖來說明，一目了然。

Redis的字符串也會遵守C語言的字符串的實現(xiàn)規(guī)則，即最后一個字符為空字符。然而這個空字符不會被計算在len里頭。

2.SDS 動態(tài)擴展特點

SDS的最厲害最奇妙之處在于它的Dynamic。動態(tài)變化長度。舉個例子

如上圖所示剛開始s1 只有5個空閑位子，后面需要追加' world' 6個字符，很明顯是不夠的。那咋辦？Redis會做以下三個操作：

1. 計算出大小是否足夠

2. 開辟空間至滿足所需大小

3. 開辟與已使用大小len相同長度的空閑free空間（如果len < 1M）開辟1M長度的空閑free空間（如果len >= 1M）

看到這兒為止有沒有朋友覺得這個實現(xiàn)跟Java的列表List實現(xiàn)有點類似呢？看完后面的會覺得更像了。

Redis字符串的性能優(yōu)勢

• 快速獲取字符串長度

• 避免緩沖區(qū)溢出

• 降低空間分配次數(shù)提升內存使用效率

1.快速獲取字符串長度

再看下上面的SDS結構體：

struct sdshdr{  
    //  記錄已使用長度      int len;  
    // 記錄空閑未使用的長度      int free;  
    // 字符數(shù)組      char[] buf;  
};

由于在SDS里存了已使用字符長度len，所以當想獲取字符串長度時直接返回len即可，時間復雜度為O(1)。如果使用C語言的字符串的話它的字符串長度獲取函數(shù)時間復雜度為O(n),n為字符個數(shù)，因為他是從頭到尾（到空字符'\0'）遍歷相加。

2.避免緩沖區(qū)溢出

對一個C語言字符串進行strcat追加字符串的時候需要提前開辟需要的空間，如果不開辟空間的話可能會造成緩沖區(qū)溢出，而影響程序其他代碼。如下圖，有一個字符串s1="hello" 和 字符串s2="baby",現(xiàn)在要執(zhí)行strcat(s1,"world"),并且執(zhí)行前未給s1開辟空間，所以造成了緩沖區(qū)溢出。

而對于Redis而言由于每次追加字符串時都會檢查空間是否夠用，所以不會存在緩沖區(qū)溢出問題。每次追加操作前都會做如下操作：

1. 計算出大小是否足夠

2. 開辟空間至滿足所需大小

3.降低空間分配次數(shù)提升內存使用效率

字符串的追加操作會涉及到內存分配問題，然而內存分配問題會牽扯內存劃分算法以及系統(tǒng)調用所以如果頻繁發(fā)生的話影響性能，所以對于性能至上的Redis來說這是萬萬不能忍受的。

所以采取了以下兩種優(yōu)化措施

• 空間與分配

• 惰性空間回收

1. 空間預分配

對于追加操作來說，Redis不僅會開辟空間至夠用而且還會預分配未使用的空間(free)來用于下一次操作。至于未使用的空間(free)的大小則由修改后的字符串長度決定。

當修改后的字符串長度len < 1M,則會分配與len相同長度的未使用的空間(free)

當修改后的字符串長度len >= 1M,則會分配1M長度的未使用的空間(free)

有了這個預分配策略之后會減少內存分配次數(shù)，因為分配之前會檢查已有的free空間是否夠，如果夠則不開辟了～

2. 惰性空間回收

與上面情況相反，惰性空間回收適用于字符串縮減操作。比如有個字符串s1="hello world"，對s1進行sdstrim(s1," world")操作，執(zhí)行完該操作之后Redis不會立即回收減少的部分，而是會分配給下一個需要內存的程序。當然，Redis也提供了回收內存的api,可以自己手動調用來回收縮減部分的內存。

關于Redis中怎么實現(xiàn)字符串問題的解答就分享到這里了，希望以上內容可以對大家有一定的幫助，如果你還有很多疑惑沒有解開，可以關注億速云行業(yè)資訊頻道了解更多相關知識。