Redis 源码硬核解析系列专题 - 第二篇：核心数据结构之SDS（Simple Dynamic String）

1. 引言

Redis没有直接使用C语言的标准字符串（以\0结尾的字符数组），而是自定义了SDS（Simple Dynamic String）。SDS是Redis的基础数据结构之一，广泛用于键值存储、命令参数等场景。本篇将深入剖析SDS的实现原理、优势以及源码细节。

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2. 为什么不用C标准字符串？

C字符串存在以下问题：

• 缓冲区溢出：strcat等操作可能越界。
• 长度计算：需要遍历到\0，时间复杂度O(n)。
• 内存管理：频繁的拼接和释放效率低下。

SDS通过额外的元数据和优化策略，解决了这些问题，成为Redis高性能的基石。

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3. SDS的结构体定义

SDS的定义在src/sds.h和src/sds.c中。Redis 3.2之后引入了多种SDS类型以节省内存，但核心思想一致。我们以最基本的SDS结构为例：

代码片段（sds.h）：

typedef char *sds;

struct sdshdr {
   
    unsigned int len;    // 已使用长度
    unsigned int free;   // 未使用长度
    char buf[];          // 实际存储数据的柔性数组
};

• len：记录字符串的实际长度，避免遍历。
• free：记录剩余可用空间，支持动态扩展。
• buf：存储字符串内容，紧跟结构体。

硬核点：SDS的内存布局是连续的，sds指针直接指向buf，而通过指针偏移可以访问sdshdr。

Mermaid内存布局图：

classDiagram
    class SDS {
        -len: uint
        -free: uint
        -buf: char[]
    }
    note for SDS "sds指针指向buf起始地址"

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4. SDS的核心操作解析

4.1 创建SDS（sdsnew()）

代码片段（sds.c）：

sds sdsnew(const char *init) {
   
    size_t initlen = (init == NULL) ? 0 : strlen(init);
    return sdsnewlen(init, initlen);
}

sds sdsnewlen(const void *init, size_t initlen) {
   
    struct sdshdr *sh;
    size_t alloc = initlen;
    sh = zmalloc(sizeof(struct sdshdr) + alloc + 1); // +1 为\0
    sh->len = initlen;
    sh->free = 0;
    if (init) memcpy(sh->buf, init, initlen);
    sh->buf[initlen] = '\0';
    return (char*)sh->buf;
}

硬核解析：

• zmalloc()：Redis自定义的内存分配器。
• 内存分配包括sdshdr头部和buf（加1字节存放\0以兼容C函数）。
• 返回值是buf的地址，隐藏了头部信息。

4.2 拼接SDS（sdscat()）

代码片段（sds.c）：

sds sdscat(sds s, const char *t) {
   
    return sdscatlen(s, t, strlen(t));
}

sds sdscatlen