简单动态字符串

简单动态字符串（simple dynamic string, SDS），是由 Redis 构建的一种抽象类型。Redis 中默认字符串表示就是使用简单动态字符串。

当需要一个无须进行修改的字面量时，就会使用 C 语言中的传统字符串。如打印日志：

shell

redisLog(REDIS_WARNING,"Redis is now ready to exit, bye bye...");

当需要一个可以被修改的字符串值时， Redis 就会使用 SDS 来表示此字符串值。如 Redis 数据库中，包含字符串的键值对就是由 SDS 实现。

shell

redis> SET msg "hello world"
OK

SDS 的定义

SDS 结构如下：

struct sdshdr {
    // 记录 buf 数组中已使用字节的数量
    // 等于 SDS 所保存字符串的长度
    int len;
    // 记录 buf 数组中未使用字节的数量
    int free;
    // 字节数组，用于保存字符串
    char buf[];
};

下面用一个 SDS 示例来帮助大家更好的理解其结构：

SDS 示例

free 的值为 0，表示这个 SDS 没有任何未使用空间
len 的值为 5，表示这个 SDS 保存了一个 5 字节长的字符串
buf 是一个 char 类型的数组，数组的前 5 个字节分别保存了 h，e，l，l，o，s，最后一个字节保存了空字符 \0

SDS 遵循 C 语言字符串以空字符结尾的惯例，保存空字符的 1 字节的空间不计算在 SDS 的 len 属性中。而额外分配 1 字节空间、添加空字符到字符串末尾等操作，都是由 SDS 函数自动完成，所以这个空字符对使用者来讲是完全透明的。遵循空字符结尾的好处是 SDS 可以直接重用一部分 C 语言字符串的函数库里面的函数，如：使用 <stdio.h> 中的 printf 函数进行打印，

printf("%s", s->buf);

SDS 与 C 语言字符串的区别

获取字符串长度的复杂度为常数级别

因为 SDS 中的 len 属性记录了本身的长度，所以获取长度的复杂度为 O(1)。而 C 语言字符串获取长度的复杂度是 O(n)，因为只有遍历到结尾的空字符时，才能知道长度。

不存在缓存溢出的问题

SDS 的空间分配策略完全杜绝了发生缓冲区溢出的可能性：当需要对 SDS 进行修改时，相关 API 会先检查 SDS 空间是否满足修改所需的需求，如果不满足的话，API 会自动将 SDS 的空间扩展至执行修改所需的大小，然后才执行实际的修改操作，所以 SDS 不需要手动修改 SDS 的空间大小，也不会出现缓冲区溢出问题。简单来说，空间不满足，自动扩容。

减少修改字符串时引发的内存重分配次数

SDS 通过未使用空间解除了字符串长度和底层数组长度之间的关联：在 SDS 中，buf 数组的长度不一定就是字符数量加 1，数组里面可能包含未使用的字节，这些字节的数量由 SDS 的 free 属性记录。

通过未使用空间，SDS 实现了空间预分配和惰性空间释放两种优化策略。

空间预分配

用于优化 SDS 的增长操作。当需要对 SDS 进行空间扩展时，除了分配修改所必需的空间，还会分配额外的空间。额外分配的空间由以下公式决定：

如果对 SDS 操作后，SDS 的长度（len 的值）小于 1M，那么程序分配和 len 同样大小的未使用空间。
如果对 SDS 操作后，SDS 的长度（len 的值）大于等于 1M，那么程序会分配 1M 的未使用空间。

通过空间预分配策略，SDS 将连续增长 N 次字符串所需的内存重分配次数从必定 N 次降为最多 N 次。

惰性空间释放

用于优化 SDS 的字符串缩短操作：当需要缩短 SDS 保存的字符串时，程序并不立即使用内存重分配来回收缩短后多出来的字节，而是使用 free 属性将这些字节的数量记录起来，并等待将来使用。同时，SDS 也提供了 API，让我们在有需要时，真正释放 SDS 未使用的空间，所以不用担心会造成内存浪费。

通过惰性空间释放策略，避免了缩短字符串时的内存重分配操作，并为将来可能有的增长操作提供了优化。

二进制安全

C 语言字符串中的字符必须符合某种编码（比如 ASCII），并且除了字符串的末尾之外，字符串里不能包含空的字符，否则最先被程序读入的空字符会被认为是字符串的末尾，这些限制使得 C 字符串只能保存文本数据，而不能保存像图片、音频、视频、压缩文件这样的二进制数据。所有的 SDS 操作都是二进制安全的，都会以处理二进制的方式来处理存放在 buf 数组里的数据，程序不会对其中的数据做任何限制、过滤或者假设，数据在写入时什么样，那么在读取时就是什么样。

兼容部分 C 语言字符串函数

通过遵循 C 语言字符串以空字符为结尾的惯例，SDS 可以在有需要时重用 <string.h> 函数库，从而避免了代码重复。

本节回顾

Redis 只会在字面量使用 C 语言字符串。其他情况下，Redis 使用 SDS 作为字符串表示。

比起 C 语言字符串，SDS 具有以下优点：

获取字符串长度的复杂度为常数级别
不存在缓存溢出的问题
减少修改字符串时引发的内存重分配次数
二进制安全
兼容部分 C 语言字符串函数

简单动态字符串 ​

SDS 的定义 ​

SDS 与 C 语言字符串的区别 ​

获取字符串长度的复杂度为常数级别 ​

不存在缓存溢出的问题 ​

减少修改字符串时引发的内存重分配次数 ​

空间预分配 ​

惰性空间释放 ​

二进制安全 ​

兼容部分 C 语言字符串函数 ​

本节回顾 ​