Redis 面試都卷到 C 去了。有個(gè)小伙伴在前兩天找松哥模面的時(shí)候如是說(shuō)到。

是啊，沒(méi)辦法，自從 Java 八股文這個(gè)概念被提出來(lái)并且逐步在 Java 程序員中強(qiáng)化之后，現(xiàn)在各種各樣的八股文手冊(cè)，有免費(fèi)的有付費(fèi)的，琳瑯滿目。

單純的八股文已經(jīng)區(qū)分不出 Java 猿水平的高低了，所以現(xiàn)在面試總會(huì)卷出新高度。

這次是小伙伴面試時(shí)候被問(wèn)到一個(gè) SDS 的問(wèn)題，也就是 Redis 中 String 字符串的底層實(shí)現(xiàn)原理。

我來(lái)和小伙伴們簡(jiǎn)單聊一聊這個(gè)話題。

一 String 類(lèi)型

Redis 中有一個(gè) String 類(lèi)型，使用頻率還比較高，我們?nèi)粘Ｗ鼍彺?、分布式鎖都會(huì)用到。

很多小伙伴也都知道 Redis 是用 C 寫(xiě)的，那么就有一個(gè)問(wèn)題，Redis 中的 String，底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是什么樣的？

是不是就是 C 中的 String 呢？

二 C 中的 String

玩過(guò) C 的小伙伴應(yīng)該知道，C 語(yǔ)言本身并沒(méi)有內(nèi)置的 String 類(lèi)型，但是 C 語(yǔ)言中可以使用字符數(shù)組（char array[]）或指向字符的指針（char *pointer）來(lái)表示字符串。在 C 語(yǔ)言中，字符串是以空字符 '\0' 結(jié)尾的字符序列。例如：

char *str1 = "Hello, World!";

在這個(gè)例子中，str1 是一個(gè)指向字符串字面量 "Hello, World!" 的指針。

當(dāng)我們?cè)?Redis 中使用 String 的時(shí)候，很多小伙伴可能會(huì)想這個(gè) String 可能就是 C 中的 String 吧？并不是！

為什么不直接使用 C 中的 String 呢？主要有以下幾種考慮：

1. char* 這種方式無(wú)法直接獲取到字符串的長(zhǎng)度，只能逐個(gè)字符去遍歷，很明顯效率低。
2. C 中的字符串使用 \0 去表示字符串結(jié)束，這就導(dǎo)致我們沒(méi)法在字符串中存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)據(jù)，因?yàn)槎M(jìn)制中的數(shù)據(jù)可能會(huì)和 \0 沖突。
3. C 中字符串在創(chuàng)建的時(shí)候長(zhǎng)度和內(nèi)存大小就都確定下來(lái)了，后期如果縮容和擴(kuò)容都是創(chuàng)建新數(shù)組然后拷貝內(nèi)容，操作方式過(guò)于麻煩。

有鑒于此，Redis 自己搞了個(gè) SDS，全稱(chēng)是 Simple Dynamic String。這個(gè) SDS 和 C 中的字符串的關(guān)系，有點(diǎn)像我們 Java 中 List 和數(shù)組的關(guān)系，有點(diǎn)。

三 SDS

為了解決上述問(wèn)題，小伙伴們可以先想想，我們都需要哪些東西呢？

• 首先得有一個(gè)存儲(chǔ)字符的 char 數(shù)組吧。
• 數(shù)組的總長(zhǎng)度得有一個(gè)變量記錄下來(lái)吧。
• 數(shù)組已經(jīng)使用的長(zhǎng)度得記錄下來(lái)吧。

這是三個(gè)最基本的屬性。

3.1 SDS 類(lèi)型

當(dāng)然在具體實(shí)踐中還有一個(gè) flags 屬性，這個(gè)屬性用來(lái)表示 SDS 的類(lèi)型，因?yàn)?Redis 設(shè)計(jì)了幾種不同的 SDS 類(lèi)型，這樣的設(shè)計(jì)主要是為了節(jié)省內(nèi)存。

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從這里可以看到，一共有五種不同的 SDS 類(lèi)型，分別是：

1. sdshdr5
2. sdshdr8
3. sdshdr16
4. sdshdr32
5. sdshdr64

從注釋中可以看到，sdshdr5 其實(shí)沒(méi)有使用，另外四個(gè)的區(qū)別主要在于數(shù)組長(zhǎng)度和分配空間長(zhǎng)度的差異。

以 sdshdr16 為例，uint16_t 表示 16 位無(wú)符號(hào) int 值，能表示的最大值是 2^16-1，所以它的 buf 數(shù)組的最大長(zhǎng)度就是 2^16。

按照這樣的設(shè)計(jì)，其實(shí) Redis 的字符串能夠存儲(chǔ)超大的字符串，例如，sdshdr32 類(lèi)型意味著能夠存儲(chǔ)的字符長(zhǎng)度是 2^32，一個(gè)字符占一個(gè)字節(jié)，就是 4GB。

可是實(shí)際上 Redis 的字符串存不了這么長(zhǎng)的，Redis 內(nèi)部會(huì)對(duì)字符串的長(zhǎng)度進(jìn)行限制，最大是 512MB。

當(dāng)然實(shí)際生產(chǎn)中我們不建議這么搞，一般字符串最好不要超過(guò) 1MB。

3.2 編碼格式

為了提升效率，SDS 中使用的編碼格式也會(huì)根據(jù)情況來(lái)定。

• 如果是數(shù)字類(lèi)型，且數(shù)字長(zhǎng)度小于 20，就會(huì)使用 int 編碼。

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• 長(zhǎng)度小于等于 44 字節(jié)的字符串，使用 embstr 編碼。
• 長(zhǎng)度大于 44 字節(jié)的字符串使用 raw 編碼。

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3.3 其他特點(diǎn)

不同于 C 中的字符串，SDS 可以存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)據(jù)，因?yàn)?SDS 不再通過(guò) \0 去判斷字符串結(jié)束，因?yàn)橛幸粋€(gè) len 變量存儲(chǔ)了字符串的長(zhǎng)度。

同時(shí)，SDS 在字符串?dāng)U容的時(shí)候也會(huì)進(jìn)行預(yù)分配，這些機(jī)制類(lèi)似于咱們 Java 中 ArrayList 擴(kuò)容、HashMap 擴(kuò)容，擴(kuò)容時(shí)會(huì)預(yù)留空間，避免頻繁擴(kuò)容。

同時(shí)，縮容的時(shí)候并不會(huì)立馬釋放多余空間，防止后續(xù)又要擴(kuò)容。