Redis 資料結構之簡單動態字串SDS

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幾個概念
1：key對象 資料庫儲存索引值對的鍵，總是一個字串對象。
2：value對象 資料庫儲存索引值對的值，可以是字串對象，list對象，hash對象，set對象，sorted set對象。
     例如：
            set msg "hello world" 則redis在資料庫中建立一個新的索引值對，鍵和值都是一個字串對象，底層實現都是一個sds對象。
            rpush fruits "apple" "banana" "cherry" 則redis在資料庫中建立一個新的索引值對，鍵是一個字串對象，底層實現是一個sds對象；值是一個列表對象，列表對象包含了三個字串對象，由三個sds對象實現。
3：sds (sample dynamic string)
    定義：
    struct sdshdr{
    //記錄buf數組中已使用位元組的數量
    //等於sds所儲存字串的長度
    int len;
    //記錄buf數組中未使用的位元組數量
    int free;
    //位元組數組用來儲存字串
    char buf[];
    }
4：C語言的簡單字串的表示方式不能滿足redis對字串在安全性、效率以及功能上的要求，故引用sds字串
    4.1 sds字串擷取字串長度效率更高，時間複雜度為o(1),c字串的為o(n)，保證擷取長度的工作不會成為redis的效能瓶頸。(更新sds長度工作是由sds的api在執行時自動完成的)；
    4.2 杜絕緩衝區溢位 s1如果沒有分配足夠的記憶體空間，擴充時s1的資料就會溢出到下一個相鄰的s2空間中，而sds的空間分配時，api會先檢查sds的空間是否滿足修改所需的要求，如果不滿足，api會自動將sds空間擴充到執行修改所需的大小，然後在執行修改操作；
    4.3 減少修改字串時帶來的記憶體重新分配次數
         1) c字串執行加長操作，如果忘記重新分配記憶體就會出現緩衝區溢位，如果執行縮短操作，如果忘了重新分配記憶體就會出現記憶體泄露，由於redis是資料庫，對速度要求苛刻，如果資料頻繁修改，使用c字串就需要頻繁執行記憶體配置，執行記憶體配置就會佔據修改字串的大部分時間，如果頻繁發生，還會對效能造成影響，故redis使用sds字串作為底層的實現。
        2) sds字串 buf數組長度不一定等於字元數量加一，數組包含未使用位元組，這個長度儲存在free屬性上
        3) 空間預分配：最佳化sds字串增長操作，api對sds進行空間擴充的時候，程式不僅會為sds修改所需的空間，還會為sds分配額外的未使用空間 公式：擴充後小於1m，分配和len屬性相同的未使用空間，大於等於1m分配1m的未使用空間。這樣在執行擴充操作時，api會先檢查未使用空間是否足夠，如果足夠就直接使用未使用空間，減少記憶體配置次數，基於這種策略，在執行n次修改操作時，重新分配記憶體次數從n次降為最多n次。
        4) 惰性空間釋放：最佳化字串縮短操作，在進行縮短操作時，程式不會立即重新分配記憶體回收縮短後多餘出來的位元組，而是使用free屬性記錄起來，等待將來使用，如果有增長操作可以直接使用。當然sds也提供了釋放sds未使用空間的api，所以不必擔心惰性釋放帶來的記憶體浪費問題。
    4.4 二進位安全 c字串中必須符合某種編碼，出來字串末尾，不能包含Null 字元，所以c字串只能儲存文本資料，不能儲存圖片、音頻、視頻等位元據，sds的api會以二進位的方式處理buf數組裡的資料。使得redis可以儲存任意格式的二進位。
    4.5 相容部分c函數 sds遵循Null 字元結尾的慣例，api會將sds儲存資料的末尾設定為空白字元，並且會在buf分配空間時多分配一個位元組，這樣可以讓儲存文本資料的sds重用string.h庫定義的一些函數。

小結：
c字串擷取長度複雜度o(n)，sds為o(1)
api不安全可能造成緩衝區溢位，api安全不會造成緩衝區溢位
修改字串長度n次會執行n次記憶體配置，最多n次
只能儲存文本資料，可以儲存文本或位元據
可使用所有string.h庫函數，只能使用部分函數

Redis 資料結構之簡單動態字串SDS