redis操作数据为什么会快？在回答这个问题时，我们一般会说redis对数据的操作是基于缓存的，速度自然而然的快。二来redis在数据操作时通过单线程模型避免了线程切换产生的开销。除此之外，redis采用的合理的数据结构也是redis操作数据快的原因之一。
简单动态字符串
Redis支持字符串类型的操作，其底层实现却不是采用C语言表示字符串的方式，而是采用SDS（simple dynamic string，简单动态字符串） 抽象类型进行表示。
结构
在redis5.0的sds.h源码文件中，定义了多个长度类型的SDS。
len表示实际使用的长度alloc表示已经分配的长度，不包括头部和空的终止符号（\0）flags表示那种类型的SDS，根据源码，redis提供了5种数据类型的SDS，采用二进制表示，用低3位即可表示。buf存放字符串的字节数组。
/* Note: sdshdr5 is never used, we just access the flags byte directly.
* However is here to document the layout of type 5 SDS strings. */
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr5 {
unsigned char flags; /* 3 lsb of type, and 5 msb of string length */
char buf[];
};
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr8 {
uint8_t len; /* used */
uint8_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
char buf[];
};
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr16 {
uint16_t len; /* used */
uint16_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
char buf[];
};
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr32 {
uint32_t len; /* used */
uint32_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
char buf[];
};
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr64 {
uint64_t len; /* used */
uint64_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
char buf[];
};
原理
以set msg "hello world!"为例子：redis会创建一个新的键值对，而关于键msg和值 "hello world!"的表示，则是采用SDS的方式进行实现。
- 首先通过计算初始字符串长度决定创建那种数据类型的SDS。
- 通过
sdsHdrSize函数得到待创键的SDS的大小hdrlen - 为sh指针分配一个
hdrlen+initlen+1大小的堆内存(+1是为了放置’0’，这个’0’不计入alloc或len) - 初始化变量len、alloc和flags
- 用memcpy给sds赋值，并在尾部加上’0’
/* Create a new sds string with the content specified by the 'init' pointer
- and 'initlen'.
- If NULL is used for 'init' the string is initialized with zero bytes.
- If SDS_NOINIT is used, the buffer is left uninitialized;
- 5. The string is always null-termined (all the sds strings are, always) so
- even if you create an sds string with:
- 8. mystring = sdsnewlen("abc",3);
- 10. You can print the string with printf() as there is an implicit \0 at the
- end of the string. However the string is binary safe and can contain
- \0 characters in the middle, as the length is stored in the sds header. */
sds sdsnewlen(const void *init, size_t initlen) {
void *sh;
sds s;
char type = sdsReqType(initlen);
/* Empty strings are usually created in order to append. Use type 8
* since type 5 is not good at this. */
if (type == SDS_TYPE_5 && initlen == 0) type = SDS_TYPE_8;
int hdrlen = sdsHdrSize(type);
unsigned char *fp; /* flags pointer. */
sh = s_malloc(hdrlen+initlen+1);
if (init==SDS_NOINIT)
init = NULL;
else if (!init)
memset(sh, 0, hdrlen+initlen+1);
if (sh == NULL) return NULL;
s = (char*)sh+hdrlen;
fp = ((unsigned char*)s)-1;
switch(type) {
case SDS_TYPE_5: {
*fp = type | (initlen << SDS_TYPE_BITS);
break;
}
case SDS_TYPE_8: {
SDS_HDR_VAR(8,s);
sh->len = initlen;
sh->alloc = initlen;
*fp = type;
break;
}
case SDS_TYPE_16: {
SDS_HDR_VAR(16,s);
sh->len = initlen;
sh->alloc = initlen;
*fp = type;
break;
}
case SDS_TYPE_32: {
SDS_HDR_VAR(32,s);
sh->len = initlen;
sh->alloc = initlen;
*fp = type;
break;
}
case SDS_TYPE_64: {
SDS_HDR_VAR(64,s);
sh->len = initlen;
sh->alloc = initlen;
*fp = type;
break;
}
}
if (initlen && init)
memcpy(s, init, initlen);
s[initlen] = '\0';
return s;
}
优势
为什么redis采用SDS的方式来保存字符串呢？假设采用C语言表示字符串的原始方式，我们可以发现：
- 当我们对保存的字符串进行修改的时候，如果修改完的字符串比原来的大，原来的空间如果存放不下，此时则会发生内存溢出。
- 当修改完的字符半小了，累计出来的多余空间若是没有及时释放，则会有内存泄漏的风险。
- 为了应对上述两种情况，需要不断进行内存重新分配，但过多的内存重新分配又是耗性能的事情。
- 另外，当对字符创长度统计时，需要进行读取，直到"/0"为止，时间复杂度为O（n）。
采用SDS的方式进行保存后，虽然表示方式复杂了一点，但考虑后边数据的操作性能上，则是很好的提升。
- 通过len记录字符串实际长度，使得访问字符串长度时，时间消耗为O（1）
- 通过alloc记录已经分配的空间信息，降低内存分配次数