Redis數據結構中的String類型有哪些

這篇文章主要介紹“Redis數據結構中的String類型有哪些”，在日常操作中，相信很多人在Redis數據結構中的String類型有哪些問題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡單好用的操作方法，希望對大家解答”Redis數據結構中的String類型有哪些”的疑惑有所幫助！接下來，請跟著小編一起來學習吧！

Redis常用作分布式KV緩存，很多人僅僅只會使用，卻不知道底層卻有著很多不為人知的秘密。

String類型

String作為Redis支持的最基礎的數據類型，首先我們來看下String，他的數據結構和存儲是怎么樣的。

重新定義SDS 去存儲String

眾所周知，redis是用c語言進行編寫的，而c語言是沒有String類型的，只有char[]，并且在初始化的是時候就必須大小指定類型后就不能改變。為了實現動態增加和擴展等功能，如incr命令，append命令，所以redis就自己定義維護了一個SDS（Simple Dynamic String）來實現這些功能。

我們先來看一下redis源碼中定義的數據結構,這里有5種類型，目的是為了節省空間。

1、len:獲取char[]的長度，需要遍歷數組，len(char[])時間復雜度O(n)；
2、alloc：c語言沒有String類型， 只有char[]，且char[]必須先分配空間長度，char[]預先分配了長度，數據增長后需要擴容；

3、falgs：總是占用一個字節。其中的最低3個bit用來表示header的類型。header的類型共有5種，在sds.h中有常量定義。
4、buf[]：c語言的char數組，用'\0'代表結束，意味著存儲二進制數據不能包含'\0'，圖片音頻等用二進制存儲會有問題——這就是為什么Redis說自己實現的SDS是二進制安全的字符串。

SDS對c原始char數組的改進

1、Redis實現的SDS支持擴容
2、包含長度len，獲取長度復雜度O(1)
3、空間預分配
4、惰性空間釋放（下面會講）

SDS的優缺點

優點

• 能夠支持擴容

• 包含長度len，獲取長度復雜度O(1)

• 空間預分配

缺點

• 需要分配額外的內存

• 頻繁的分配和回收帶來的效率問題

Redis 使用的內存分配庫 jemalloc

jemalloc 在分配內存時，會根據我們申請的字節數 N，找一個比 N 大，但是最接近 N 的 2 的冪次數作為分配的空間，這樣可以減少頻繁分配的次數。舉個例子。如果你申請 6 字節空間，jemalloc 實際會分配 8 字節空間；如果你申請 24 字節空間，jemalloc 則會分配 32 字節。所以，在我們剛剛說的場景里，dictEntry 結構就占用了 32 字節。

空間預分配

空間預分配用于優化 SDS 的字符串增長操作： 當 SDS 的 API 對一個 SDS 進行修改， 并且需要對 SDS 進行空間擴展的時候， 程序不僅會為 SDS 分配修改所必須要的空間， 還會為 SDS 分配額外的未使用空間。

其中， 額外分配的未使用空間數量由以下公式決定：

• 如果對 SDS 進行修改之后， SDS 的長度（也即是 len 屬性的值）將小于 1 MB ， 那么程序分配和 len 屬性同樣大小的未使用空間， 這時 SDS len 屬性的值將和 free 屬性的值相同。 舉個例子， 如果進行修改之后， SDS 的 len 將變成 13 字節， 那么程序也會分配13 字節的未使用空間， SDS 的 buf 數組的實際長度將變成 13 + 13 + 1 = 27 字節（額外的一字節用于保存空字符）。

• 如果對 SDS 進行修改之后， SDS 的長度將大于等于 1 MB ， 那么程序會分配 1 MB 的未使用空間。 舉個例子， 如果進行修改之后， SDS 的 len 將變成 30 MB ， 那么程序會分配 1 MB 的未使用空間， SDS 的 buf 數組的實際長度將為 30 MB + 1 MB + 1 byte 。

通過空間預分配策略， Redis 可以減少連續執行字符串增長操作所需的內存重分配次數。

惰性釋放

惰性空間釋放用于優化 SDS 的字符串縮短操作： 當 SDS 的 API 需要縮短 SDS 保存的字符串時， 程序并不立即使用內存重分配來回收縮短后多出來的字節， 而是使用 free 屬性將這些字節的數量記錄起來， 并等待將來使用。

Redis的KV存儲結構

在redis中，所有的存儲都是以KV鍵值對的形式存儲的，K是字符串類型，就是SDS；V 可能是字符串、list、hash等(Redis支持的數據結構)，V并沒有直接定成具體的類型，而是用redisObject封裝了一層；實際存儲的數據結構是由ptr指針具體指向。

并且，redis為了更好的節省空間，ptr指針也有不同方式的存儲，一方面，當保存的是 Long 類型整數時，RedisObject 中的指針就直接賦值為整數數據了，這樣就不用額外的指針再指向整數了，節省了指針的空間開銷。另一方面，當保存的是字符串數據，并且字符串小于等于 44 字節時，RedisObject 中的元數據、指針和 SDS 是一塊連續的內存區域，這樣就可以避免內存碎片。這種布局方式也被稱為 embstr 編碼方式。當然，當字符串大于 44 字節時，SDS 的數據量就開始變多了，Redis 就不再把 SDS 和 RedisObject 布局在一起了，而是會給 SDS 分配獨立的空間，并用指針指向 SDS 結構。這種布局方式被稱為 raw 編碼模式。如圖所示

• embstr 編碼
  存儲簡短字符串，一次的內存分配；
  它是只讀的，如果對內容進行修改，就會變成raw編碼(即使沒超過44字節)；

• raw 編碼
  可分配多次內存空間，存儲大于44個字節的長字符串。

raw 原生SDS 字符長度 縮減到小于44，會逆向變成embstr編碼嗎？
不會；Redis底層編碼，轉變后 不可逆(不會回退)。

到此，關于“Redis數據結構中的String類型有哪些”的學習就結束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實踐的搭配能更好的幫助大家學習，快去試試吧！若想繼續學習更多相關知識，請繼續關注億速云網站，小編會繼續努力為大家帶來更多實用的文章！