C语言的字符串类型 
//c语言声明字符串
char *s = "hello"
//本质是字符数组： {'h','e','l','l','o','\0'}

我们都知道，Redis的底层是用C语言写的，那么Redis为什么不直接使用C语言的字符串结构呢？

原因是因为C语言字符串存在很多问题：

  • 获取字符串长度的需要通过运算 
  • 非二进制安全
  • 不可修改

1.因为c语言字符串本质是字符数组,所以获取长度时需要遍历到 \0结束字符，才能获取字符串长度

2.且因为结束字符是\0,所以C语言不允许字符串中出现\0字符，所以是二进制不安全的

3.因为string通常指向字符串字面量，而字符串字面量存储位置是只读段，而不是堆或栈上，所以才有了string不可修改的约定。

Go语言string底层

Go语言的string有三个特点：

  • string是8bit字节的集合，通常是但并不一定非得是UTF-8编码的文本。
  • string可以为空（长度为0），但不会是nil；
  • string对象不可以修改。
src/runtime/string.go:stringStruct
type stringStruct struct {
    str unsafe.Pointer        //stringStruct.str：字符串的首地址；
    len int                   //stringStruct.len：字符串的长度；
}
  • stringStruct.str：字符串的首地址；
  • stringStruct.len：字符串的长度；

所以字符串的结构和切片非常相像，只是缺少了切片的cap字段。事实上string和切片，准确的说是byte切片经常发生转换。因为本文的重点是讲述string底层结构，所以不展开[]byte和string的转换关系

Redis底层字符串结构SDS

Redis构建了一种新的字符串结构，称为简单动态字符串（Simple Dynamic String），简称SDS。

Redis底层SDS源码（64位）：

struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr64 {
    uint64_t len; /* used */
    uint64_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
    unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
    char buf[];
};
  • len：buf已保存的字符串字节数，不包含结束标志
  • alloc：buf申请的总字节数，不包含结束标识
  • flags：不同SDS的头类型，用来控制SDS的头大小
  • buf：数据存储区，为了兼容C语言，尾部会有\0结束标志。但并不以其结束，而是以len长度结束，所以是二进制安全的

SDS的头类型大小

#define SDS_TYPE_5  0
#define SDS_TYPE_8  1
#define SDS_TYPE_16 2
#define SDS_TYPE_32 3
#define SDS_TYPE_64 4

如上代码所示，redis的__attribute__ 结构体，其实分为5bit，8bit.....64bit位的多种类型。一般采用8bit位的1字节大小来存储头信息(长度，申请数，8bit就是255，若不够就用更大的类型)。

示例

我们假设在redis中操作

set name "虎哥"

底层就会自动创建 “name” 和 “虎哥”这两个字符串变量。所以说redis最常见的数据结构就是String

SDS的动态扩容

例如一个内容为“hi”的SDS：

假如我们要给SDS追加一段字符串“,Amy”，这里首先会申请新内存空间：

  • 如果新字符串小于1M，则新空间为扩展后字符串长度的两倍+1；
  • 如果新字符串大于1M，则新空间为扩展后字符串长度+1M+1。称为内存预分配。

 注意的是，这里alloc扩容到12，但因为是不包含结束符的，所以实际的空间里有13

总结

  • 获取字符串长度的时间复杂度为O(1)
  • 支持动态扩容
  • 减少内存分配次数
  • 二进制安全