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Redis 的 String 类型是如何实现的？

推荐答案

Redis 的 String 类型是通过简单动态字符串（Simple Dynamic String, SDS）实现的。SDS 是 Redis 自定义的一种字符串表示方式，相比于 C 语言的原生字符串，SDS 具有更高的灵活性和效率。

本题详细解读

SDS 的结构

SDS 的结构定义如下：

struct sdshdr {
    int len;        // 记录字符串的实际长度
    int free;       // 记录字符串剩余的空间
    char buf[];     // 存储字符串的实际内容
};

len：表示字符串的实际长度，即当前字符串占用的字节数。
free：表示字符串剩余的空间，即可以继续存储的字节数。
buf：是一个柔性数组，用于存储字符串的实际内容。

SDS 的优势

O(1) 时间复杂度获取字符串长度：由于 SDS 结构中直接存储了字符串的长度 len，因此获取字符串长度的时间复杂度为 O(1)，而 C 语言的原生字符串需要遍历整个字符串才能获取长度，时间复杂度为 O(n)。
避免缓冲区溢出：SDS 在进行字符串操作时，会先检查剩余空间 free 是否足够，如果不足会自动扩展空间，从而避免了缓冲区溢出的问题。
减少内存重分配次数：SDS 采用了空间预分配和惰性空间释放的策略。空间预分配可以减少频繁的内存重分配操作，而惰性空间释放可以在字符串缩短时暂时不释放多余的空间，以便后续可能的扩展操作。
二进制安全：SDS 可以存储任意二进制数据，而不仅仅是文本数据。这是因为 SDS 使用 len 属性来记录字符串的长度，而不是依赖 \0 作为字符串的结束符。

SDS 的空间分配策略

空间预分配：当 SDS 需要扩展空间时，Redis 会额外分配一定的空闲空间，以减少后续扩展操作的内存重分配次数。具体来说，如果扩展后的字符串长度小于 1MB，Redis 会分配与 len 相同大小的空闲空间；如果扩展后的字符串长度大于等于 1MB，Redis 会固定分配 1MB 的空闲空间。
惰性空间释放：当 SDS 缩短字符串时，Redis 不会立即释放多余的空间，而是将这些空间保留在 free 中，以便后续可能的扩展操作。

总结

Redis 的 String 类型通过 SDS 实现，SDS 提供了 O(1) 时间复杂度的字符串长度获取、避免缓冲区溢出、减少内存重分配次数以及二进制安全等优势。这些特性使得 Redis 在处理字符串时更加高效和安全。

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