Redis中没有直接使用C语言的字符串类进行表示（以空字符结尾的字符数组），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中，C字符串只会作为字符串字面量用在一些字符串不需要修改的地方，比如打印日志那里，如果是需要一个可以修改的字符串的时候，就需要用到SDS表示字符串，比如在Redis中，包含字符串值的键值对在底层都是由SDS实现的。

例如：

SET msg "hello world"在Redis中执行命令，Redis会在数据库中创建一个新的键值对

键值对的键和值都是一个字符串对象，对象底层实现是一个保存这字符串"msg"和"hello world"的SDS

RPUSH fruits "apple" "banana" "cherry"

键值对的键是一个字符串对象，保存着"fruits"的SDS
键值对的值是一个列表对象，列表对象中包含三个字符串对象，这三个字符串对象分别由三个SDS实现，第一个SDS保存"apple"字符串，第二个SDS保存"banana"字符串，第三个SDS保存"cherry"字符串

SDS的功能

1，保存数据库中的字符串
2，SDS用作缓冲区：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的定义

struct sdshdr{
int len;//记录buf数组中已使用的字节的数量，等于SDS所保存字符串的长度 
int free;//记录buf数组中未使用字节的数量
char buf[];//字节数组，用于保存字符串
}

SDS示例.png

1，其中free属性为0，表示SDS没有分配任何未使用的空间
2，len属性5，表示SDS保存了一个5字节长的字符串
3，buf属性是一个char类型的数组，前5个字节保存了redis这5个字符，最后一个保存了空字符'\0'

SDS遵循C字符串一空字符结尾的惯例，保存空字符的1字节空间不计算在SDS的len属性中，遵循空字符结尾这个好处是，SDS可以直接重用一部分C字符串函数库里面的函数

比如有一个指向SDS的指针s，那么我们可以直接用printf("%s",s->buf)来打印redis这个字符串，不需要为SDS编写专门的打印函数

SDS和C字符串的比较

1,常数复杂度获取字符串长度

SDS获取字符串长度，所需复杂度O(1),因为SDS中有len这个属性，可以在SDS的API执行时自动完成，不需要手动修改长度的工作，而C字符串获取长度需要O(N),这样复杂度降低了，获取字符串长度不会成为Redis的性能瓶颈，无论我们对一个非常长的字符串键反复执行STRLEN命令也不会对系统性能造成任何影响因为STRLEN的复杂度为O(1)

2,杜绝缓冲区溢出

C字符串很容易出现缓冲区溢出的问题
比如使用strcat（char *dest,const char *src),把src的字符串拼接到dest上，假设s1="redis",s2="mongodb",假设此时s1有足够的空间来容纳src字符串中所有内容，那么不会出现溢出，一旦不够了，就会出现溢出，如果此时将s1的内容修改为s1="redis cluster",而此刻没有为s1分配足够的空间，那么s1的数据就会溢出到s2所在的空间中

s1和s2拼接在内存中的样子.png

修改s1之后的样子.png

SDS的空间分配策略：当SDS API需要对SDS修改的时候，API会先检查SDS的空间是否满足修改所需的要求，如果不满足，API会自动将SDS的空间扩展到执行修改所需的大小，然后才执行实际的修改操作，所以使用SDS既不需要手动修改SDS的空间大小，也不会出现前面所说的缓冲区溢出问题
SDS API中进行拼接的函数是sdscat，可以将c字符串拼接到给定的SDS所保存的字符串的后面，但是在执行拼接操作之前，sdscat会先检查给定的SDS的空间是否足够，如果不够，sdscat会先扩展SDS的空间，然后执行拼接操作
sdscat(s," cluster")

sdscat执行之前的SDS

sdscat执行后的SDS

3,减少修改字符串时带来的内存重分配次数

c字符串的底层是一个n+1的字符长的数组，c字符串的长度和底层数组的长度之间存在这种关联性，每次增长或缩短一个c字符串，都会对这个c字符串的数组进行一次内存重分配的操作
如果增长字符串的操作，那么会先通过内存重分配来扩展底层数组的空间大小，如果没有这个，会产生缓冲区溢出
如果缩短字符串操作，会通过内存重分配来释放字符串不在使用的空间，如果忘了这个会发生内存泄漏

redis作为数据库，会被频繁的修改，这样如果用c字符串会对性能造成影响

为了避免这种问题，SDS通过未使用空间解除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，数组里面可以包含未使用的字节，而这些字节的数量就是由SDS的free属性记录

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

1,空间预分配

用于优化SDS的字符串增长的操作：当SDS的API对一个SDS进行修改的时候，并且需要对SDS进行空间扩展的时候，程序不仅会为SDS分配修改所需要的空间，还会为SDS分配额为的未使用的空间

额外分配的未使用空间数量由以下公式决定：

如果对SDS进行修改之后，SDS的长度将小于1MB，那么程序分配和len属性同样大小的未使用空间

如果对SDS进行修改之后，SDS的长度大于等于1MB，那么程序会分配1MB的未使用空间

通过预分配策略，redis可以减少连续执行字符串增长操作所需的内存重分配次数

在扩展SDS空间之前，SDS API会先检查未使用空间是否足够，如果足够，API就会直接使用未使用空间，而无须执行内存重分配，通这种策略，SDS将连续增长N次字符串所需的内存重分配次数从必定N次降低为最多N次

2,惰性空间释放

用于优化SDS的字符串缩短操作：当SDS的API需要缩短SDS保存的字符串的时候，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。

sdstrim(s,"XY")//移除SDS字符串中所有的X和Y
通过惰性空间释放策略，SDS避免了缩短字符串字符串时所需的内存重分配操作，并为将来可能有的增长操作提供了优化
SDS也提供了相应的API，让我们可以在有需要的时候真正的释放SDS的未使用空间，所以不用担心惰性空间释放策略会造成内存浪费

4,二进制安全

c字符串中字符必须符合某种编码，并且除了字符串的末尾之外，字符串里面不能包含空字符，这就限制了c字符串只能保存文本数据，不能保存图片，音频，视频，压缩文件这样的二进制数据

sds中不会对其中的数据做任何限制，过滤，或者假设，数据写入什么样，读取就是什么样，redis不是用这个数组来保存字符，而是用他来保存一系列二进制数据，是根据len属性来决定是否结束，而不是空字符

5,兼容部分C字符串函数

虽然SDS的API都是二进制安全的，但是他们一样遵循c字符串以空字符结尾的惯例：这些API会将SDS保存的数据的末尾设置为空字符，并会为buf数组分配空间时多分配一个字节来容纳这个空字符，这是为了让那些保存文本数据的SDS可以重用一部分<string.h>库定义的函数

<string.h>/strcasecmp(sds->buf,"hello")函数
strcat(c_string,sds->buf);

总结

SDS API