01--string数据类型的结构及应用场景分析

一、string类型

1. SDS（Simple Dynamic Strings, 简单动态字符串）是 Redis 的一种基本数据结构，主要是用于存储字符串和整数。
   老的sds结构：
   
   整个sds结构体由三部分组成，其中：buf 表示数据空间，用于存储字符串；len 表示 buf 中已占用的字节数，也即字符串长度；free 表示buf 中剩余可用字节数。

   好处：
   - 用单独的变量 len 和 free，可以方便地获取字符串长度和剩余空间；
   - 内容存储在动态数组 buf 中，SDS 对上层暴露的指针指向 buf，而不是指向结构体 SDS。因此，上层可以像读取 C 字符 串一样读取 SDS 的内容，兼容 C 语言处理字符串的各种函数，同时也能通过 buf 地址的偏移，方便地获取其他变量；
   - 读写字符串不依赖于 \0，保证二进制安全。

   坏处：
   - 对于不同长度的字符串，没有必要使用 len 和 free 这 2 个 4 字节的变量
   - 4 字节的 len，可表示的字符串长度为 2^32，而在实际应用中，存放于 Redis 中的字符串往往没有这么长，因此，空间的使用上能否进一步压缩

2. 新的sds结构
   新sds结构图
   
   增加了一个 flags 字段来标识类型，用一个字节(8 位)来存储。
   其中：前 3 位表示字符串的类型；剩余 5 位，可以用来存储长度小于 32 的短字符串。
   而对于长度大于 31 的字符串，仅仅靠 flags 的后 5 位来存储长度明显是不够的，需要用另外的变量来存储。sdshdr8、sdshdr16、sdshdr32、sdshdr64 的数据结构定义如下，其中 :

   • len 表示已使用的长度
   • alloc 表示总长度
   • buf 存储实际内容
   • flags 的前 3 位依然存储类型，后 5 位则预留

   struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr8 {
     uint8_t len; /* 已使用长度，1字节 */
   uint8_t alloc; /* 总长度，1字节 */
   unsigned char flags; /* 前3位存储类型，后5位预留 */
   char buf[];};
   struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr16 {
   uint16_t len; /* 已使用长度，2字节 */
   uint16_t alloc; /* 总长度，2字节 */
   unsigned char flags; /* 前3位存储类型，后5位预留 */
   char buf[];
   };
   struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr32 {
   uint32_t len; /* 已使用长度，4字节 */
   uint32_t alloc; /* 总长度，4字节 */
   unsigned char flags; /* 前3位存储类型，后5位预留 */
   char buf[];
   };
   struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr64 {
       uint64_t len; /* 已使用长度，8字节 */
       uint64_t alloc; /* 总长度，8字节 */
       unsigned char flags; /* 前3位存储类型，后5位预留 */
       char buf[];
   };
   
   
   
   

Redis创建字符串流程

sds sdsnewlen(const void *init, size_t initlen) {
    void *sh;
    sds s;
    // 根据字符串长度计算相应类型
    char type = sdsReqType(initlen);
    // 如果创建的是""字符串，强转为SDS_TYPE_8
    if (type == SDS_TYPE_5 && initlen == 0) type = SDS_TYPE_8;
    // 根据类型计算头部所需长度（头部包含 len、alloc、flags）
    int hdrlen = sdsHdrSize(type);
    // 指向flags的指针
    unsigned char *fp;
    // 创建字符串，+1是因为 `\0` 结束符
    sh = s_malloc(hdrlen+initlen+1);
    if (sh == NULL) return NULL;
    if (init==SDS_NOINIT)
        init = NULL;
    else if (!init)
        memset(sh, 0, hdrlen+initlen+1);
    // s指向buf
      s = (char*)sh+hdrlen;
      // s减1得到flags
    fp = ((unsigned char*)s)-1;
    ...
    // 在s末尾添加\0结束符
    s[initlen] = ‘\0‘;
    // 返回指向buf的指针s
    return s;
      }

创建 SDS 的大致流程是这样的：首先根据字符串长度计算得到 type，根据 type 计算头部所需长度，然后动态分配内存空间。

注意：

1. 创建空字符串时，SDS_TYPE_5 被强制转换为 SDS_TYPE_8（原因是创建空字符串后，内容可能会频繁更新而引发扩容操作，故直接创建为 sdshdr8）
2. 长度计算有 +1 操作，因为结束符 \0 会占用一个长度的空间。
3. 返回的是指向 buf 的指针 s。

二、string数据类型的应用

1. session共享
   在一个分布式web服务中，使用Redis将用户的Session进行集中管理。这样就只需要保证redis的高可用以及扩展性，每次用户的登录或者查询登录都从Redis中获取Session信息。
2. 计数器
   string类型的incr、decr命令：将key中存储的数字进行自增、自减
   因此可以用于记录文章的点赞、评论、分享数。商品的收藏数、销售量、评价数等
3. 限流
   利用key的有效期，可以限制用户对某个接口的访问频率进行限制，如短信验证接口等。

01--string数据类型的结构及应用场景分析

原文：https://www.cnblogs.com/hunter07/p/14244252.html