1. 简单字符串
1.1. 简介
redis中没有C语言中的传统字符串，而是自己构建了一个简单动态字符串(SDS)。在redis中，C字符串只是字符串字面量用于无须修改的字符串。可修改的就要使用到SDS了。
1.2. SDS
sds.h/sdshdr结构：
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[];
};free属性值为0，表示这个SDS没有分配任何未使用空间。len属性的值为多少，表示这个SDS保存多少字节的字符串。buf是char类型数组，保存着字符串，SDS遵循C字符串以空字符串结尾的惯例，结尾是‘\0’。- SDS：里面的buf，就是我们在C中学的字符串。
1.3. SDS和C字符串的区别
C语言中字符串使用的是长度为N+1的字符数组表示一个长度为N的字符串，而且最后的字符永远都是‘\0’。
1.3.1. 常数复杂度获取字符串长度
C字符串不会记录本身的长度信息，所以我们为了获取字符串长度，只能遍历整个字符串，进行计数，时间复杂度是O(N).
SDS中有一个len属性记录了SDS本身的长度，时间复杂度是O(1)。
1.3.2. 杜绝缓冲区溢出
因为C字符串不记录本身的长度，所以C字符串容易造成缓冲区溢出，不要问我具体的，学过C语言的应该都知道。
SDS的空间分配策略杜绝了缓冲区溢出，当SDS API对SDS进行修改的时候，API会首先检查SDS的空间是否满足修改所需的要求，如果不满足，API会自动扩展SDS的空间至能满足的大小，再执行实际的修改操作。所以，SDS既不需要人为的修改SDS的空间大小，也不会出现缓冲区溢出的问题。
1.3.3. 减少修改字符串时带来的内存重分配次数
C字符串中，字符串的长度和底层的数组的长度之间存在着关联性，如果我们增长或者缩短一个C字符串，程序都会对这个C字符串进行一次内存分配的操作。
SDS用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一，数组中可以包含未使用的字节，这些字节由free属性记录，而SDS就通过这些未使用的空间，实现了空间预分配和惰性空间释放两种优化策略。
1.3.3.1. 空间预分配-用于扩展
当SDS API对一个SDS进行修改并且要对SDS进行空间扩展的时候，程序不仅会为SDS分配修改所需的必须空间，还会分配一些额外的未使用空间。
额外未使用的空间数量：
- 如果SDS进行修改之后，SDS的长度(len值)小于1MB，那么分配与
len属性一样大小的未使用空间。即free = len. 如果SDS进行修改之后，SDS的长度(len值)大于等于1MB，那么分配1MB的未使用空间。
通过这种方法，当我们再次需要扩展的时候，就会优先考虑未使用的空间，无须执行内存重分配。
1.3.3.2. 惰性空间释放-用于缩短
当我们需要缩短SDS保存的字符串时，程序不会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下来，并等待将来使用。
当然SDS API提供了方法真正释放SDS的未使用空间，所以不需要担心会造成内存浪费。
1.3.4. 二进制安全
C字符串中的字符要符合编码，并且除字符串末尾，字符串内不能包含空字符(‘\0’)。C字符把空字符作为字符串结尾的唯一标识，读到了控制符就结束了。所以C字符串，只能保存文本数据，而不能保存很多的二进制数据，例如：图像、音频之类的。
SDS API以处理二进制的方式处理SDS存放在buf数组中的数据，程序不会对其中的数据做任何限制、过滤或者假设，数据写入的是什么，读出来就是什么。SDS通过len属性来确定字符串结束，而不是空字符。
1.3.5. 兼容部分C字符串函数
SDS遵循了C字符串以空字符结尾的惯例，所以保存文本数据的SDS可以重用部分C字符串库中的函数<string.h>。
1.3.6. 总结区别
| C字符串 | SDS |
|---|---|
| 获取字符串长度的复杂度是O(N) | 获取字符串长度的复杂度是O(1) |
| API不安全，会造成内存溢出 | API是安全的，不会造成内存溢出 |
| 修改字符串长度Nci必须执行N次内存重分配 | 修改字符串长度N次最多需要执行N次内存分配 |
| 只能保存文本数据 | 可以保存文本和二进制数据 |
可以使用所有的<string.h>函数 |
能使用一部分<string.h>函数 |
1.4. SDS的主要API
| 函数 | 作用 | 时间复杂度 |
|---|---|---|
| sdsnew | 创建一个包含给定C字符串的SDS | O(N),N为给定字符串的长度 |
| sdsempty | 创建一个不包含任何内容的空SDS | O(1) |
| sdsfree | 释放给定的SDS | O(N),N为被释放的SDS长度 |
| sdslen | 返回SDS的已使用空间字节数 | O(1),读len |
| sdsavail | 返回SDS的未使用字节数 | O(1),读free |
| sdsdup | 创建一个给定SDS的副本(copy) | O(N),N为给定SDS的长度 |
| sdsclear | 清空SDS保存的字符串内容 | O(1),惰性空间释放策略 |
| sdscat | 将给定C字符串拼接到SDS字符串末尾 | O(N),N为C字符串长度 |
| sdscarsds | 将给定sds字符串拼接到另一个sds字符串末尾 | O(N),N为被拼接的SDS字符串的长度 |
| sdscpy | 将给定的C字符串复制到SDS里面，覆盖SDS原有的字符串 | O(N),N为被复制的C字符串长度 |
| sdsgrowzero | 用空字符将SDS扩展到指定长度 | O(N),N为扩展新增的字节数 |
| sdstrim | 接收一个SDS和一个C字符串作为参数，从SDS中移除所有在C字符串中出现过的字符 | O(N^2^),N为给定C字符串的长度 |
| sdsrange | 保留SDS给定区间的数据，不在区间的数据被覆盖或者清除 | O(N),N为被保留数据的长度 |
| sdscmp | 对比两个SDS字符串是否相同 | O(N),N为两个SDS中较短的那个SDS的长度 |
2. 链表
链表是什么，我懒得介绍了，应该都是学过的。
链表在Redis中的应用非常广泛，什么列表键啊、保存多个客户端的状态信息、构建客户端输出缓冲区啊之类的。反正用途非常广泛。
2.1. 数据结构设计
链表节点-adlist.h/listNode结构：(双向链表)
typedef struct listNode {
// 前置节点
struct listNode *prev;
// 后置节点
struct listNode *next;
// 节点的数据
void *value;
}listNode;链表-list：
typedef struct list {
// 表头节点
listNode *head;
// 表尾节点
listNode *tail;
// 链表所包含的节点数
unsigned long len;
// 节点值复制函数，实现复制链表节点所保存的值
void *(*dup)(void *ptr);
// 节点值释放函数，实现释放链表节点所保存的值
void (*free)(void *ptr);
// 节点值对比函数，实现对比链表节点的值与另一个输入值是否相等
int (*match)(void *ptr,void *key);
}list;链表list提供了表头指针head、表尾指针tail、以及链表长度len、其余的成员可由注释直接清晰看出。
Redis 的链表实现的特性：
- 双端：采用双向链表的设计方式，含prev和next指针，获取某个节点的前置节点和后置节点的复杂度是O(1)。
- 无环：表头节点的prev和表尾节点的next都指向NULL，以NULL作为终点。
- 带表头指针和表尾指针：获取list的head和tail指针，获取头尾节点的复杂度O(1).
- 带链表长度计数器
len，获取链表中节点数的复杂度O(1)。- 多态：链表节点使用
void*指针来保存节点，并且可以通过dup、free、match三个属性为节点值设置类型特定函数，所以链表能用来保存不同类型的值。
2.2. 链表和链表节点的API
| 函数 | 作用 | 时间复杂度 |
|---|---|---|
| listSetDupMethod | 将给定的函数设置为链表的节点值复制函数 | 复制函数可以直接通过链表的dup属性直接获得，O(1) |
| listGetDupMethod | 返回链表当前正在使用节点值的复制函数 | O(1) |
| listSetFreeMethod | 将给定的函数设置为链表的节点值释放函数 | 释放函数可以直接通过链表的free属性直接获得，O(1) |
| listGetFree | 返回链表当前正在使用节点值的释放函数 | O(1) |
| listSetMatchMethod | 将给定的函数设置为链表的节点值对比函数 | 对比函数可以直接通过链表的match属性直接获得,O(1) |
| listGetMatchMethod | 返回链表当前正在使用的节点值对比函数 | O(1) |
| listLength | 返回链表的长度(包含了多少个节点) | 链表长度可以通过链表的len属性直接获得,O(1) |
| listFirst | 返回链表的表头节点 | head属性获得,O(1) |
| listLast | 返回链表的表尾节点 | tail属性获得,O(1) |
| listPrevNode | 返回给定节点的前置节点 | prev属性获得, O(1) |
| listNextNode | 返回给定节点的后置节点xt | next属性获得, O(1) |
| listNodeValue | 返回给定节点目前正在保存的值 | value属性获得, O(1) |
| listCreate | 创建一个不包含任何节点的新链表 | O(1) |
| listAddNodeHead | 将一个包含给定值的新节点添加到给定链表的表头 | O(1) |
| listAddNodeTail | 将一个包含给定值的新节点添加到给定链表的表尾 | O(1) |
| listInsertNode | 将一个包含给定值的新节点添加到给定节点的之前或者之后 | O(1) |
| listSearchKey | 查找并返回链表中包含给定值的节点 | O(N),N为链表长度 |
| listIndex | 返回链表在给定=索引上的节点 | O(N),N问链表长度 |
| listDelNode | 从链表中删除节点 | O(N),N问链表长度 |
| listRotate | 将链表的表尾节点弹出，然后被弹出的节点查到链表的表头，成为新的表头节点 | O(1) |
| listDup | 复制一个给定链表的副本 | O(N),N问链表长度 |
| listRelease | 释放给定链表，以及链表中的所有节点 | O(N),N问链表长度 |