Redis中String数据类型的SDS设计精妙

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Redis中String数据类型的SDS设计精妙

SDS（Simple Dynamic String）有5种自动内存对齐的结构体（sdshdr5， sdshdr8, sdshdr16, sdshdr32, sdshdr64），用于实现动态字符串（根据char *字符串长度选择最小的一种结构体），其中sdshdr5结构体仅用来直接读取flags，其余四种结构体的内部均使用char []数组（可看作指针）指向char *。

解释：通过typedef char *sds;定义sds为char *，也就是说sds的原本还是char *，只是通过sdshdr结构体对这个char *进行了类型描述，可根据char *的大小自动选择一种结构体来表示它。之所以称动态，是因为在程序运行中可对char *进行再分配（扩容/缩减），而分配后char *的大小就发生了变化，这时就需要能表示它的最小sdshdr结构体来对它进行类型描述。

四种结构体的定义（伪代码）：

struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr{8|16|32|64} {
    uint{8|16|32|64}_t len; // 记录实际char的个数（字符串的实际长度）
    uint{8|16|32|64}_t alloc; // 记录可用的buf大小，已减去结构体sdshdr{8|16|32|64}的大小和1个尾部‘\0’字符。
    unsigned char flags; // 低3位表示类型，高5位表示字符串长度。
    char buf[]; // 最大可分配1024*1024个字节（512M），不会发生溢出；它因内存对齐而巧妙地指向sds原本的char *。
};

设计精妙之处：以结构体sdshdr64为例，自动内存对齐后内部成员的排列顺序及占用大小。其中void *sh和char *sds指针分别指向结构体在内存中的地址，其各自的含义另见Redis 6.2源码，在Redis中对sds的操作是通过前述两个指针运算（加减移动）来完成的。

#注意：*表示1个字节已用，_表示1个字节未用。
#
#未对齐的sdshdr64大小为24个bytes：
|len     |alloc   |flags    |buf
-------------------------------------
|********|********|*________|
#
#已对齐的sdshdr64大小为17个bytes：
flags|len     |alloc   |buf
-------------------------------------
 *|********|********|
#
#sds（char*）指向的地址：
flags|len     |alloc   |buf
-------------------------------------
    *|********|********|
                       ↑
                       sds(char *)
#
#sh（void *）指向的地址：
flags|len     |alloc   |buf
-------------------------------------
    *|********|********|
    ↑
    sh(void *) = sds(char *) + sizeof(sdshdr64)
#
#从sh（void *）移到sds（char *）：
flags|len     |alloc   |buf
-------------------------------------
    *|********|********|
                       ↑
                       sds(char *)  = sh(void *) - sizeof(sdshdr64)

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