Redis SDS设计与实现解析

"Redis设计与实现笔记1" Redis是一个流行的开源键值存储系统，其内部使用了一系列自定义的数据结构来优化性能和效率。本笔记主要关注Redis中的两个核心数据结构——简单动态字符串（Simple Dynamic String，SDS）和链表，以及字典的设计。 **SDS（简单动态字符串）** Redis没有采用C语言的常规字符串，而是选择SDS作为其内部字符串表示。SDS的主要优点包括： 1. **长度预知**：每个SDS都有一个`len`字段，用于存储字符串的实际长度，这使得在常数时间内获取字符串长度成为可能，而C语言的字符串需要遍历到空字符来确定长度。 2. **防止缓冲区溢出**：由于SDS知道其实际长度，添加或删除字符时能确保不会超过分配的空间，从而避免了缓冲区溢出的问题。 3. **空间预留策略**：SDS在增长时，遵循一定的规则。如果修改后的SDS长度小于1MB，它会将`len`和`free`设为相等，即总空间翻倍加1。如果长度大于等于1MB，则额外分配1MB的空间，保证了内存扩展的效率。 4. **惰性空间释放**：当SDS缩短时，不会立即释放多余空间，而是用`free`字段记录，这在后续需要扩展时可以避免不必要的内存分配。 5. **二进制安全性**：SDS允许存储任何二进制数据，不局限于可打印字符。 6. **兼容C库函数**：SDS的`buf`数组末尾自动添加空字符，使得可以使用C语言的字符串处理函数。 **链表** Redis实现了自己的链表数据结构，以支持动态数据的插入和删除。链表节点（`listNode`）包含前一个和后一个节点的指针，以及一个`void*`类型的值，提供多态性。链表结构（`list`）还包含头节点、尾节点指针，以及链表长度，还有用于节点复制、释放和匹配的函数指针，增强了链表操作的灵活性。 **字典（Dictionary）** 字典是Redis中用于存储键值对的关键数据结构，它基于哈希表实现。字典的每个节点（`dictEntry`）包含键和一个联合体（union），用于存储不同类型的值。此外，每个节点还有一个指向前一个或下一个节点的指针，形成哈希表链。字典结构还包括头尾节点指针和长度信息，以及三个回调函数指针：用于节点值的复制、释放和比较，这些函数可以根据实际需求进行定制，提高了字典的通用性。 字典的哈希表设计使得查找、插入和删除操作的时间复杂度在平均情况下接近O(1)。Redis的数据库和哈希键底层都使用了字典，体现了其高效的数据管理能力。 Redis的这些自定义数据结构极大地优化了其在内存管理和操作上的效率，为高效的数据存储和检索提供了坚实的基础。