Redis數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的String類型有哪些

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Redis常用作分布式KV緩存，很多人僅僅只會使用，卻不知道底層卻有著很多不為人知的秘密。

String類型

String作為Redis支持的最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)類型，首先我們來看下String，他的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和存儲是怎么樣的。

重新定義SDS 去存儲String

眾所周知，redis是用c語言進行編寫的，而c語言是沒有String類型的，只有char[]，并且在初始化的是時候就必須大小指定類型后就不能改變。為了實現(xiàn)動態(tài)增加和擴展等功能，如incr命令，append命令，所以redis就自己定義維護了一個SDS（Simple Dynamic String）來實現(xiàn)這些功能。

我們先來看一下redis源碼中定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),這里有5種類型，目的是為了節(jié)省空間。

1、len:獲取char[]的長度，需要遍歷數(shù)組，len(char[])時間復(fù)雜度O(n)；
2、alloc：c語言沒有String類型， 只有char[]，且char[]必須先分配空間長度，char[]預(yù)先分配了長度，數(shù)據(jù)增長后需要擴容；

3、falgs：總是占用一個字節(jié)。其中的最低3個bit用來表示header的類型。header的類型共有5種，在sds.h中有常量定義。
4、buf[]：c語言的char數(shù)組，用'\0'代表結(jié)束，意味著存儲二進制數(shù)據(jù)不能包含'\0'，圖片音頻等用二進制存儲會有問題——這就是為什么Redis說自己實現(xiàn)的SDS是二進制安全的字符串。

SDS對c原始char數(shù)組的改進

1、Redis實現(xiàn)的SDS支持擴容
2、包含長度len，獲取長度復(fù)雜度O(1)
3、空間預(yù)分配
4、惰性空間釋放（下面會講）

SDS的優(yōu)缺點

優(yōu)點

• 能夠支持擴容

• 包含長度len，獲取長度復(fù)雜度O(1)

• 空間預(yù)分配

缺點

• 需要分配額外的內(nèi)存

• 頻繁的分配和回收帶來的效率問題

Redis 使用的內(nèi)存分配庫 jemalloc

jemalloc 在分配內(nèi)存時，會根據(jù)我們申請的字節(jié)數(shù) N，找一個比 N 大，但是最接近 N 的 2 的冪次數(shù)作為分配的空間，這樣可以減少頻繁分配的次數(shù)。舉個例子。如果你申請 6 字節(jié)空間，jemalloc 實際會分配 8 字節(jié)空間；如果你申請 24 字節(jié)空間，jemalloc 則會分配 32 字節(jié)。所以，在我們剛剛說的場景里，dictEntry 結(jié)構(gòu)就占用了 32 字節(jié)。

空間預(yù)分配

空間預(yù)分配用于優(yōu)化 SDS 的字符串增長操作： 當(dāng) SDS 的 API 對一個 SDS 進行修改， 并且需要對 SDS 進行空間擴展的時候， 程序不僅會為 SDS 分配修改所必須要的空間， 還會為 SDS 分配額外的未使用空間。

其中， 額外分配的未使用空間數(shù)量由以下公式?jīng)Q定：

• 如果對 SDS 進行修改之后， SDS 的長度（也即是 len 屬性的值）將小于 1 MB ， 那么程序分配和 len 屬性同樣大小的未使用空間， 這時 SDS len 屬性的值將和 free 屬性的值相同。 舉個例子， 如果進行修改之后， SDS 的 len 將變成 13 字節(jié)， 那么程序也會分配13 字節(jié)的未使用空間， SDS 的 buf 數(shù)組的實際長度將變成 13 + 13 + 1 = 27 字節(jié)（額外的一字節(jié)用于保存空字符）。

• 如果對 SDS 進行修改之后， SDS 的長度將大于等于 1 MB ， 那么程序會分配 1 MB 的未使用空間。 舉個例子， 如果進行修改之后， SDS 的 len 將變成 30 MB ， 那么程序會分配 1 MB 的未使用空間， SDS 的 buf 數(shù)組的實際長度將為 30 MB + 1 MB + 1 byte 。

通過空間預(yù)分配策略， Redis 可以減少連續(xù)執(zhí)行字符串增長操作所需的內(nèi)存重分配次數(shù)。

惰性釋放

惰性空間釋放用于優(yōu)化 SDS 的字符串縮短操作： 當(dāng) SDS 的 API 需要縮短 SDS 保存的字符串時， 程序并不立即使用內(nèi)存重分配來回收縮短后多出來的字節(jié)， 而是使用 free 屬性將這些字節(jié)的數(shù)量記錄起來， 并等待將來使用。

Redis的KV存儲結(jié)構(gòu)

在redis中，所有的存儲都是以KV鍵值對的形式存儲的，K是字符串類型，就是SDS；V 可能是字符串、list、hash等(Redis支持的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))，V并沒有直接定成具體的類型，而是用redisObject封裝了一層；實際存儲的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是由ptr指針具體指向。

并且，redis為了更好的節(jié)省空間，ptr指針也有不同方式的存儲，一方面，當(dāng)保存的是 Long 類型整數(shù)時，RedisObject 中的指針就直接賦值為整數(shù)數(shù)據(jù)了，這樣就不用額外的指針再指向整數(shù)了，節(jié)省了指針的空間開銷。另一方面，當(dāng)保存的是字符串?dāng)?shù)據(jù)，并且字符串小于等于 44 字節(jié)時，RedisObject 中的元數(shù)據(jù)、指針和 SDS 是一塊連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域，這樣就可以避免內(nèi)存碎片。這種布局方式也被稱為 embstr 編碼方式。當(dāng)然，當(dāng)字符串大于 44 字節(jié)時，SDS 的數(shù)據(jù)量就開始變多了，Redis 就不再把 SDS 和 RedisObject 布局在一起了，而是會給 SDS 分配獨立的空間，并用指針指向 SDS 結(jié)構(gòu)。這種布局方式被稱為 raw 編碼模式。如圖所示

• embstr 編碼
  存儲簡短字符串，一次的內(nèi)存分配；
  它是只讀的，如果對內(nèi)容進行修改，就會變成raw編碼(即使沒超過44字節(jié))；

• raw 編碼
  可分配多次內(nèi)存空間，存儲大于44個字節(jié)的長字符串。

raw 原生SDS 字符長度 縮減到小于44，會逆向變成embstr編碼嗎？
不會；Redis底層編碼，轉(zhuǎn)變后 不可逆(不會回退)。

到此，關(guān)于“Redis數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的String類型有哪些”的學(xué)習(xí)就結(jié)束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實踐的搭配能更好的幫助大家學(xué)習(xí)，快去試試吧！若想繼續(xù)學(xué)習(xí)更多相關(guān)知識，請繼續(xù)關(guān)注億速云網(wǎng)站，小編會繼續(xù)努力為大家?guī)砀鄬嵱玫奈恼拢?/p>