1. 動態字符串( simple dynamic string, SDS)
在 Redis 中，當需要可以被重複修改的字符串時，會使用 SDS 類型 ，而不是 C 語言中默認的 C 字符串類型 。舉個例子：
SET msg "Hello World"
在這個語句中，Redis 會新建一個鍵值對，其中
- key 爲一個 字符串，對象的底層實現是一個保存着字符串 “msg” 的 SDS 對象。
- value 爲一個字符串，對象的底層實現是一個保存着字符串 “Hello World” 的 SDS 對象。
如果是 key 對多個 value 的情況下， 如
RPUSH fruits "apple" "banana" "cherry"
Redis 同樣會新建一個鍵值對，其中
- key 爲一個 字符串，對象的底層實現是一個保存着字符串 “fruits” 的 SDS 對象。
- value 爲一個列表對象，包含着三個字符串對象，分別由三個 SDS 實現：第一個 SDS 保存着字符串 “apple” ，第二個 SDS 保存着字符串 “banana”，第三個 SDS 保存着字符串 “cherry”。
SDS 對象除了作爲保存數據庫值的字符串之外，還用作緩衝區，比如 AOF 模塊中的 AOF 緩衝區，客戶端的輸入緩衝區等等。
2. SDS 的定義
SDS 的結構如上圖所示，len 表示字符串長度，需要注意的是，SDS 的 buf 數組也和 C 字符串一樣保留着最後的空字符，而它的 len 計算時不會加上這個空字符，所以 "Redis\0" 在這裏 len 值爲 5。由於封裝的原因，這裏的 ‘\0’ 實際上雖然存在，但是使用者是完全不知道這裏還有一個空字符的存在的，而這裏加上空字符的原因也是爲了可以讓 SDS 沿用 一些 C 字符串函數庫的函數。比如可以直接用 printf("%s", s->buf); 來打印 SDS 的字符串。
3. SDS 和 C 字符串的區別
- 傳統的 C 字符串中，我們如果想要知道它的長度，需要遍歷其一遍，直到遇到空字符爲止，時間複雜度爲 O(N)。而 SDS 可以直接取 len 的值，時間複雜度爲 O(1)。
- 由於沒有字符串的長度，C 字符串很容易導致緩衝區溢出，訪問越界問題。
- C 字符串在使用的時候遇到空字符 ‘\0’ 便會認爲字符串已經結束，一旦字符串中含有該字符則會導致字符串的異常截斷，而 SDS 利用 len 字段可以防止這個情況。所以通過使用二進制安全的 SDS 可以存取任意數據。
- 拼接字符串時，C 字符串需要內存重分配拓展數組的大小，防止緩衝區溢出，截斷字符串時，C 字符串需要內存重分配釋放截斷部分，防止內存泄漏。而 Redis 爲了提高性能，增加了一個未使用空間的字段，通過該字段實現了空間預分配和惰性空間釋放兩種優化策略。
空間預分配策略：每次 SDS 進行空間擴展的時候，程序除了修改當前已有的空間，還會爲 SDS 分配額外的空間，這也是 free 字段的作用，記錄額外空間的長度，額外空間的長度分配有兩種策略：根據修改後 SDS 的長度，即 len 屬性的值，len 小於 1 MB 時，分配和 len 一樣大小的額外空間， len 大於 1MB 時，則 分配 1 MB 的額外空間。舉個例子， SDS 爲 13 個字節，擴展 2 個字節後，len 變成 15 個字節，這時會分配額外的 15 個字節，free = 15；這時實際的字符串長度爲 15 + 15 + 1 = 31。
惰性空間釋放策略：當 SDS 進行縮短字符串的操作時，不馬上進行內存重分配，而是利用 free 字段將這些截斷的字符串長度記錄下來，舉個例子，如下圖所示的 SDS 結構
如果我們試圖刪除所有 “X” 和 “Y” 的字符， SDS 的結構會變成如下圖所示。
可以看到所有 “X” 和 “Y” 的字符長度總計爲 8 ，這裏 free 的值也被修改爲 8。這時如果再對字符串進行增長的操作，則可以防止進行內存重分配的操作，而直接使用前面 “節約” 下來的內存。
4. 總結
之前遇到過一個二進制數據存取的問題 ，將 protobuf 序列化成二進制存到 Redis 數據庫，然後取出來的時候並沒有正常取出整個字符串，導致數據取出來之後反序列化異常，對比了存取時字符串的長度，發現就是因爲 '\0' 字符導致的，後面通過加上字符串的長度去取字符串解決了這個問題。