【134期】面試官：你知道 Redis 內(nèi)部是怎么實現(xiàn)它的字符串的么？

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作者：小小木
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本人在找工作面試時在Redis相關(guān)問題上可栽了跟頭。在面試前按常規(guī)套路準(zhǔn)備了一下，比如 Redis 的常用5種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，Redis持久化策略，Redis實現(xiàn)分布式鎖，簡單發(fā)布訂閱等等都準(zhǔn)備了，當(dāng)時不知天高地厚以為十拿九穩(wěn)了，可是萬萬沒想到我終究還是在Redis的被問的第一個問題上翻船了～～

面試官 ：看你簡歷上寫了熟悉常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，都有哪些說說

本人 ：常用有5種，string,list,set,zset,hash（內(nèi)心很得意）

面試官 ：那你說說都用過哪些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

本人 ：用的最多的是string，通常會把json字符串存進(jìn)去

面試官 ：那你知道Redis內(nèi)部是怎么實現(xiàn)它的string的么？

本人 ：呃～，我了解Redis是用C語言寫的，至于具體實現(xiàn)就不清楚了～

到此一面卒～～～

有相同經(jīng)歷的朋友么？

回去后惡補(bǔ)了一下Redis有關(guān)原理性的知識點，恰好最近在最總結(jié)面試經(jīng)歷于是有了今天這篇文章。

本篇會講一下內(nèi)容：

• Redis字符串的實現(xiàn)
• Redis字符串的性能優(yōu)勢

Redis字符串的實現(xiàn)

Redis雖然是用C語言寫的，但卻沒有直接用C語言的字符串，而是自己實現(xiàn)了一套字符串。目的就是為了提升速度，提升性能，可以看出Redis為了高性能也是煞費苦心。

Redis構(gòu)建了一個叫做簡單動態(tài)字符串（Simple Dynamic String），簡稱SDS

1.SDS 代碼結(jié)構(gòu)

struct?sdshdr{
????//??記錄已使用長度
????int?len;
????//?記錄空閑未使用的長度
????int?free;
????//?字符數(shù)組
????char[]?buf;
};

SDS ？什么鬼？可能對此陌生的朋友對這個名稱有疑惑。只是個名次2而已不必在意，我們要重點欣賞借鑒Redis的設(shè)計思路。

下面畫個圖來說明，一目了然。

Redis的字符串也會遵守C語言的字符串的實現(xiàn)規(guī)則，即最后一個字符為空字符。然而這個空字符不會被計算在len里頭。

2.SDS 動態(tài)擴(kuò)展特點

SDS的最厲害最奇妙之處在于它的Dynamic。動態(tài)變化長度。舉個例子

如上圖所示剛開始s1 只有5個空閑位子，后面需要追加' world' 6個字符，很明顯是不夠的。

那咋辦？Redis會做一下三個操作：

1. 計算出大小是否足夠
2. 開辟空間至滿足所需大小
3. 開辟與已使用大小len相同長度的空閑free空間（如果len < 1M）開辟1M長度的空閑free空間（如果len >= 1M）

看到這兒為止有沒有朋友覺得這個實現(xiàn)跟Java的列表List實現(xiàn)有點類似呢？看完后面的會覺得更像了。

Redis字符串的性能優(yōu)勢

• 快速獲取字符串長度
• 避免緩沖區(qū)溢出
• 降低空間分配次數(shù)提升內(nèi)存使用效率

1.快速獲取字符串長度

在看下上面的SDS結(jié)構(gòu)體：

struct?sdshdr{
????//??記錄已使用長度
????int?len;
????//?記錄空閑未使用的長度
????int?free;
????//?字符數(shù)組
????char[]?buf;
};

由于在SDS里存了已使用字符長度len，所以當(dāng)想獲取字符串長度時直接返回len即可，時間復(fù)雜度為O(1)。

如果使用C語言的字符串的話它的字符串長度獲取函數(shù)時間復(fù)雜度為O(n),n為字符個數(shù)，因為他是從頭到尾（到空字符'\0'）遍歷相加。

2.避免緩沖區(qū)溢出

對一個C語言字符串進(jìn)行strcat追加字符串的時候需要提前開辟需要的空間，如果不開辟空間的話可能會造成緩沖區(qū)溢出，而影響程序其他代碼。

如下圖，有一個字符串s1="hello" 和 字符串s2="baby",現(xiàn)在要執(zhí)行strcat(s1,"world"),并且執(zhí)行前未給s1開辟空間，所以造成了緩沖區(qū)溢出。

而對于Redis而言由于每次追加字符串時都會檢查空間是否夠用，所以不會存在緩沖區(qū)溢出問題。每次追加操作前都會做如下操作：

1. 計算出大小是否足夠
2. 開辟空間至滿足所需大小
3. 降低空間分配次數(shù)提升內(nèi)存使用效率

字符串的追加操作會涉及到內(nèi)存分配問題，然而內(nèi)存分配問題會牽扯內(nèi)存劃分算法以及系統(tǒng)調(diào)用所以如果頻繁發(fā)生的話影響性能，所以對于性能至上的Redis來說這是萬萬不能忍受的。所以采取了一下兩種優(yōu)化措施

• 空間與分配
• 惰性空間回收

1. 空間預(yù)分配

對于追加操作來說，Redis不僅會開辟空間至夠用而且還會預(yù)分配未使用的空間(free)來用于下一次操作。至于未使用的空間(free)的大小則由修改后的字符串長度決定。

• 當(dāng)修改后的字符串長度len < 1M,則會分配與len相同長度的未使用的空間(free)
• 當(dāng)修改后的字符串長度len >= 1M,則會分配1M長度的未使用的空間(free)

有了這個預(yù)分配策略之后會減少內(nèi)存分配次數(shù)，因為分配之前會檢查已有的free空間是否夠，如果夠則不開辟了～

2. 惰性空間回收

與上面情況相反，惰性空間回收適用于字符串縮減操作。比如有個字符串s1="hello world"，對s1進(jìn)行sdstrim(s1," world")操作，執(zhí)行完該操作之后Redis不會立即回收減少的部分，而是會分配給下一個需要內(nèi)存的程序。

當(dāng)然，Redis也提供了回收內(nèi)存的api,可以自己手動調(diào)用來回收縮減部分的內(nèi)存。

到此為止結(jié)束了～

下次在遇到這個問題可以侃侃而談了，哈哈哈??

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