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SDS （Simple Dynamic String，简单动态字符串）是 Redis 底层所使用的字符串表示， 几乎所有的 Redis 模块中都用了 sds。

本章将对 SDS 的实现、性能和功能等方面进行介绍， 并说明 Redis 使用 SDS 而不是传统 C 字符串的原因。

简单动态字符串(SDS)

什么是SDS

举一个例子， 当我们set一个值时：

redis> SET msg "Redis"
OK

那么Redis将在数据库创建一个新的键值对，其中：

• 键值对的键是一个字符串对象， 对象的底层实现是一个保存着字符串 “msg” 的 SDS 。
• 键值对的值也是一个字符串对象， 对象的底层实现是一个保存着字符串 “hello world” 的 SDS 。

我们来查看一下SDS的数据结构： 每个 sds.h/sdshdr 结构表示一个 SDS 值：

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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[];

};

上图展示了一个SDS示例：

• free 属性的值为 0 ， 表示这个 SDS 没有分配任何未使用空间。
• len 属性的值为 5 ， 表示这个 SDS 保存了一个五字节长的字符串。
• buf 属性是一个 char 类型的数组， 数组的前五个字节分别保存了 ‘R’ 、 ’e’ 、 ’d’ 、 ‘i’ 、 ’s’ 五个字符， 而最后一个字节则保存了空字符 ‘\0’ 。

SDS 遵循 C 字符串以空字符结尾的惯例， 保存空字符的 1 字节空间不计算在 SDS 的 len 属性里面， 并且为空字符分配额外的 1 字节空间， 以及添加空字符到字符串末尾等操作都是由 SDS 函数自动完成的， 所以这个空字符对于 SDS 的使用者来说是完全透明的。 遵循空字符结尾这一惯例的好处是， SDS 可以直接重用一部分 C 字符串函数库里面的函数。

这个时候我想大家应该对SDS有了一个大致的了解。

SDS相对于C字符串有什么好处呢？

1.获取字符串长度复杂度为O(1)

传统的C字符串并没有记录字符串长度，而想获取字符串长度时就需要遍历一遍字符串，复杂度为O(N),导致随着字符串长度变长，获取字符串长度的操作复杂度也会增加。 和C字符串不同，因为SDS在len属性中记录了SDS 身的长度，写代码时只要直接获取len属性值，就可以知道字符串长度，所以获取一个SDS长度的复杂度仅为 O(1) 。

2.防止缓冲区溢出(buffer overflow)

传统C字符串由于不记录自身长度，在对字符串进行操作的时候容易带来缓冲区溢出。 比如 strcpy()函数：strcpy()函数将源字符串复制到缓冲区。如果源字符串碰巧来自用户输入，且没有专门限制其大小，则有可能会造成缓冲区溢出。

再比如/strcat函数，将src字符串拼接到dest字符串后面。strcat假定用户在执行这个函数时， 已经为dest分配了足够多的内存， 可以容纳src字符串中的所有内容，而一旦这个假定不成立时，就会产生缓冲区溢出。

如果过程中，用户想对s1进行扩展

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strcat(s1, "Cluster");

由于没有注意到s预分配的空间大小，执行以后会导致s1的内容缓冲到s2，以至于s2的内容被意外修改成Cluster，这种错误对数据库的使用过程致命的。

而SDS在sdscat时会预先检查空间是否足够，不够的话会通过sdsMakeRoomFor自动为要拼接的字符串扩展空间.

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sds sdscatlen(sds s, const void *t, size_t len) {
    size_t curlen = sdslen(s);
    s = sdsMakeRoomFor(s,len);
    if (s == NULL) return NULL;
    memcpy(s+curlen, t, len);
    sdssetlen(s, curlen+len);
    s[curlen+len] = '\0';
    return s;
}

3.减少因修改字符串带来的内存重分配次数 因为 C 字符串的长度和底层数组的长度之间存在着这种关联性， 所以每次增长或者缩短一个 C 字符串， 程序都总要对保存这个 C 字符串的数组进行一次内存重分配操作

SDS对于内存操作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 我们上面提到过，在对字符串进行增长操作时，会使用一个sdsMakeRoomFor函数来扩展字符串。

2.惰性空间释放 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，而是把缩短后的长度记录在len属性中，剩余空间用于未来扩展字符串用。

4.可以存放二进制数据 C 字符串中的字符必须符合某种编码（比如 ASCII）， 并且除了字符串的末尾之外， 字符串里面不能包含空字符， 否则最先被程序读入的空字符将被误认为是字符串结尾 —— 这些限制使得 C 字符串只能保存文本数据， 而不能保存像图片、音频、视频、压缩文件这样的二进制数据。 因此， 为了确保 Redis 可以适用于各种不同的使用场景， SDS 的 API 都是二进制安全的（binary-safe）： 所有 SDS API 都会以处理二进制的方式来处理 SDS 存放在 buf 数组里的数据， 程序不会对其中的数据做任何限制、过滤、或者假设 —— 数据在写入时是什么样的， 它被读取时就是什么样。

这也是我们将 SDS 的 buf 属性称为字节数组的原因 —— Redis 不是用这个数组来保存字符， 而是用它来保存一系列二进制数据。

总结

<全文完>