Redis设计与实现
元数据
- 书名： Redis设计与实现
- 作者： 黄健宏
- 简介： 《Redis设计与实现》对Redis的大多数单机功能以及所有多机功能的实现原理进行了介绍，展示了这些功能的核心数据结构以及关键的算法思想。通过阅读本书，读者可以快速、有效地了解Redis的内部构造以及运作机制，这些知识可以帮助读者更好、更高效地使用Redis。本书主要分为四大部分。第一部分“数据结构与对象”介绍了Redis中的各种对象及其数据结构，并说明这些数据结构如何影响对象的功能和性能。第二部分“单机数据库的实现”对Redis实现单机数据库的方法进行了介绍，包括数据库、RDB持久化、AOF持久化、事件等。第三部分“多机数据库的实现”对Redis的Sentinel、复制（replication）、集群（cluster）三个多机功能进行了介绍。第四部分“独立功能的实现”对Redis中各个相对独立的功能模块进行了介绍，涉及发布与订阅、事务、Lua脚本、排序、二进制位数组、慢查询日志、监视器等。
- 出版时间 2015-01-01 00:00:00
- ISBN： 9787111464747
- 分类： 计算机-编程设计
- 出版社： 机械工业出版社
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2.1 SDS的定义
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📌 每个sds.h/sdshdr结构表示一个SDS值：[插图]图2-1展示了一个SDS示例：[插图]图2-1 SDS示例❑free属性的值为0，表示这个SDS没有分配任何未使用空间。❑len属性的值为5，表示这个SDS保存了一个五字节长的字符串。❑buf属性是一个char类型的数组，数组的前五个字节分别保存了'R'、'e'、'd'、'i'、's'五个字符，而最后一个字节则保存了空字符'\0'。
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2.2 SDS与C字符串的区别
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📌 与C字符串不同，SDS的空间分配策略完全杜绝了发生缓冲区溢出的可能性：当SDS API需要对SDS进行修改时，API会先检查SDS的空间是否满足修改所需的要求，如果不满足的话，API会自动将SDS的空间扩展至执行修改所需的大小，然后才执行实际的修改操作，所以使用SDS既不需要手动修改SDS的空间大小，也不会出现前面所说的缓冲区溢出问题。
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📌 正如前两个小节所说，因为C字符串并不记录自身的长度，所以对于一个包含了N个字符的C字符串来说，这个C字符串的底层实现总是一个N+1个字符长的数组（额外的一个字符空间用于保存空字符）。因为C字符串的长度和底层数组的长度之间存在着这种关联性，所以每次增长或者缩短一个C字符串，程序都总要对保存这个C字符串的数组进行一次内存重分配操作：❑如果程序执行的是增长字符串的操作，比如拼接操作（append），那么在执行这个操作之前，程序需要先通过内存重分配来扩展底层数组的空间大小——如果忘了这一步就会产生缓冲区溢出。❑如果程序执行的是缩短字符串的操作，比如截断操作（trim），那么在执行这个操作之后，程序需要通过内存重分配来释放字符串不再使用的那部分空间——如果忘了这一步就会产生内存泄漏。
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📌 为了避免C字符串的这种缺陷，SDS通过未使用空间解除了字符串长度和底层数组长度之间的关联：在SDS中，buf数组的长度不一定就是字符数量加一，数组里面可以包含未使用的字节，而这些字节的数量就由SDS的free属性记录。
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📌 通过未使用空间，SDS实现了空间预分配和惰性空间释放两种优化策略。
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📌 空间预分配用于优化SDS的字符串增长操作：当SDS的API对一个SDS进行修改，并且需要对SDS进行空间扩展的时候，程序不仅会为SDS分配修改所必须要的空间，还会为SDS分配额外的未使用空间。
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📌 其中，额外分配的未使用空间数量由以下公式决定：❑如果对SDS进行修改之后，SDS的长度（也即是len属性的值）将小于1MB，那么程序分配和len属性同样大小的未使用空间，这时SDS len属性的值将和free属性的值相同。举个例子，如果进行修改之后，SDS的len将变成13字节，那么程序也会分配13字节的未使用空间，SDS的buf数组的实际长度将变成13+13+1=27字节（额外的一字节用于保存空字符）。❑如果对SDS进行修改之后，SDS的长度将大于等于1MB，那么程序会分配1MB的未使用空间。举个例子，如果进行修改之后，SDS的len将变成30MB，那么程序会分配1MB的未使用空间，SDS的buf数组的实际长度将为30MB+1MB+1byte。
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📌 通过空间预分配策略，Redis可以减少连续执行字符串增长操作所需的内存重分配次数。
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📌 惰性空间释放用于优化SDS的字符串缩短操作：当SDS的API需要缩短SDS保存的字符串时，程序并不立即使用内存重分配来回收缩短后多出来的字节，而是使用free属性将这些字节的数量记录起来，并等待将来使用。
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