Redis 底层中的 SDS 以及 对象系统简介

1.SDS

• 没有使用C语言传统的字符串表示，而是自己构建了一种名为简单动态字符串（simple dynamic string，SDS） 的抽象类型，并将SDS用作Redis的默认字符串表示。在Redis里，包含字符串值得键值对在底层都是由DS来实现的。
• SDS还被用作缓冲区（buffer）：AOF模块中的AOF缓冲区，以及客户端状态中的输入缓冲区，都是由SDS实现的。

SDS定义：

struct sdshdr{
  // 记录buf数组已使用字节数量
  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[];
}

SDS相比较于c字符串的好处

1. 取字符长度，SDS直接读取len属性。
2. 杜绝缓冲区溢出。C字符串拼接时时假定已经为拼接的字符串预留了足够多的内存，如果这个假定不成立，那么就会产生缓冲区溢出。而SDS是这样做的：SDS的API会会先检查SDS的空间是否满足所需的要求，如果不满足，API自动将空间扩展至所需大小。
3. 减少修改字符串长度时所需的内存重分配次数。
4. 二进制安全。
5. 兼容部分C字符串函数。

SDS空间分配策略：

• 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的字符增长操作：程序不仅会为SDS分配修改所必须要的空间，还会为SDS分配额外的未使用空间。（**具体：**1. len(SDS)< 1mB时，分配len（free）=len，2.如果len(SDS) >1mb,分配len（free）=1mb）
• 惰性空间释放： 用于优化SDS字符缩短操作：当缩短字符串时，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。

2. 对象系统

• Redis基于以上数据结构创建了一个对象系统，每种对象都用到了至少一种之前介绍的数据结构。
• 每次当我们在Redis中新创建一个键值对时，我们至少会创建两个对象，一个对象用作键值对的键（键对象），另一个对象用作键值对的值（值对象）。

使用对象系统的好处：

（1）在执行命令时，根据对象类型判断一个对象是否可以执行给定的命令

（2）针对不同的使用场景，为对象设置多种不同的数据结构，从而优化对象在不同场景下的使用效率；

（3）基于对象引用计数技术实现内存的回收；

（4）通过引用计数技术实现对象的共享；

在Redis中每个对象都由一个redisObject结构表示，包含了type，encoding，ptr属性：

/* 
 * Redis 对象 
 */  
typedef struct redisObject {  
    // 类型  
    unsigned type:4;  
    // 编码  
    unsigned encoding:4;  
    // 对象最后一次被访问的时间  
    unsigned lru:REDIS_LRU_BITS; /* lru time (relative to server.lruclock) */  
    // 引用计数  
    int refcount;  
    // 指向实际值的指针  
    void *ptr;  
} robj;  

类型：

其中， 键总是一个字符串对象，而值可以是其上任意一种。

Type命令的实现方式： Type(键名) ： 返回的结果为数据库键对应的值对象的类型。

编码和底层实现：

ptr：指向对象的底层实现数据结构，而这些数据结构由对象的encoding属性决定。

encoding：记录了对象所使用的编码，也就是说这个对象使用了什么数据结构作为对象的底层实现，有如下：

每种类型的对象至少使用了两种不同的编码，如下表所示对应关系：

使用OBJECT ENCODING命令可以查看一个数据库键的值对象的编码。

• 使用encoding属性来设定对象所使用的编码，极大的提升了Redis的灵活性和效率。

3. 各对象对应的编码

• String对象的编码可以是int、embstr、raw。
• 列表对象的编码可以是ziplist或者linkedlist。
• 哈希对象的编码可以是ziplist或者是hashtable。
• 集合对象的编码可以是intset或者hashtable。
• 有序集合的编码可以是ziplist或者skiplist。

参考：《Redis设计与实现》第二版—黄健宏