Redis為什么快？你只知道單線程和基于內存？抱歉我不能給你offer...
面試場景
面試官：Redis有哪些數(shù)據(jù)類型？
我：String，List，set，zset，hash
面試官：沒了？
我：哦哦哦，還有HyperLogLog，bitMap，GeoHash，BloomFilter
面試官：就這？回家等通知吧。
前言
我敢肯定，第一個回答，100%的人都能說上來，但是第二個回答能回答上來的人可能就不多了，但是這也不是我今天探討的話題。
我就從我自己的去面試的回答思路，以及作為一個面試官他想聽到的標準答案來給大家出一期，Redis基礎類型的文章（系列文章），寫這個的時候我還是很有心得的，不知道大家有多少人跟我最開始一樣，面試官問有哪些類型，就回答出那五種就結束了，如果你是這樣的可以在評論區(qū)留言，讓我看看有多少人是這樣的。
但是，一場面試少說都是半小時起步上不封頂，你這樣一句話就回答了這么重要的五個知識點，這個結果是你想要的么？是面試官想要的么？
我再問你一個問題，你可能就懵逼了：String在Redis底層是怎么存儲的？這些數(shù)據(jù)類型在Redis中是怎么存放的？Redis快的原因就只有單線程和基于內存么？
寶貝，觸及知識盲區(qū)沒？不慌，我以前也是這樣的，我以為我背出那五種就完事了，結果被面試官安排了一波，后面我苦心修煉，總算是好了一點，現(xiàn)在對緩存也是非常熟悉了，你不會沒事，有我嘛，乖。
正文
Redis是C語言開發(fā)的，C語言自己就有字符類型，但是Redis卻沒直接采用C語言的字符串類型，而是自己構建了動態(tài)字符串（SDS）的抽象類型。
就好比這樣的一個命令，其實我是在Redis創(chuàng)建了兩個SDS，一個是名為aobing的Key SDS，另一個是名為cool的Value SDS，就算是字符類型的List，也是由很多的SDS構成的Key和Value罷了。
SDS在Redis中除了用作字符串，還用作緩沖區(qū)（buffer），那到這里大家都還是有點疑惑的，C語言的字符串不好么為啥用SDS？SDS長啥樣？有什么優(yōu)點呢?
為此我去找到了Redis的源碼，可以看到SDS值的結果大概是這樣的，源碼的在GitHub上是開源的大家一搜就有了。
- struct sdshdr{
- int len;
- int free;
- char buf[];
- }
回到最初的問題，為什么Redis用了自己新開發(fā)的SDS，而不用C語言的字符串？那好我們去看看他們的區(qū)別。
SDS與C字符串的區(qū)別
- 計數(shù)方式不同
C語言對字符串長度的統(tǒng)計，就完全來自遍歷，從頭遍歷到末尾，直到發(fā)現(xiàn)空字符就停止，以此統(tǒng)計出字符串的長度，這樣獲取長度的時間復雜度來說是0（n），大概就像下面這樣：
但是這樣的計數(shù)方式會留下隱患，所以Redis沒有采用C的字符串，我后面會提到。
而Redis我在上面已經(jīng)給大家看過結構了，他自己本身就保存了長度的信息，所以我們獲取長度的時間復雜度為0（1），是不是發(fā)現(xiàn)了Redis快的一點小細節(jié)了？還沒完，不止這些。
- 杜絕緩沖區(qū)溢出
字符串拼接是我們經(jīng)常做的操作，在C和Redis中一樣，也是很常見的操作，但是問題就來了，C是不記錄字符串長度的，一旦我們調用了拼接的函數(shù)，如果沒有提前計算好內存，是會產(chǎn)生緩存區(qū)溢出的。
比如本來字符串長這樣：
你現(xiàn)在需要在后面拼接 ，但是你沒計算好內存，結果就可能這樣了：
這是你要的結果么？很顯然，不是，你的結果意外的被修改了，這要是放在線上的系統(tǒng)，這不是完了？那Redis是怎么避免這樣的情況的？
我們都知道，他結構存儲了當前長度，還有free未使用的長度，那簡單呀，你現(xiàn)在做了拼接操作，我去判斷一些是否可以放得下，如果長度夠就直接執(zhí)行，如果不夠，那我就進行擴容。
這些大家在Redis源碼里面都是可以看到對應的API的，后面我就不一一貼源碼了，有興趣的可以自己去看一波，需要一點C語言的基礎。
- 減少修改字符串時帶來的內存重分配次數(shù)
C語言字符串底層也是一個數(shù)組，每次創(chuàng)建的時候就創(chuàng)建一個N+1長度的字符，多的那個1，就是為了保存空字符的，這個空字符也是個坑，但是不是這個環(huán)節(jié)探討的內容。
Redis是個高速緩存數(shù)據(jù)庫，如果我們需要對字符串進行頻繁的拼接和截斷操作，如果我們寫代碼忘記了重新分配內存，就可能造成緩沖區(qū)溢出，以及內存泄露。
內存分配算法很耗時，且不說你會不會忘記重新分配內存，就算你全部記得，對于一個高速緩存數(shù)據(jù)庫來說，這樣的開銷也是我們應該要避免的。
Redis為了避免C字符串這樣的缺陷，就分別采用了兩種解決方案，去達到性能最大化，空間利用最大化：
- 空間預分配：當我們對SDS進行擴展操作的時候，Redis會為SDS分配好內存，并且根據(jù)特定的公式，分配多余的free空間，還有多余的1byte空間（這1byte也是為了存空字符），這樣就可以避免我們連續(xù)執(zhí)行字符串添加所帶來的內存分配消耗。
比如現(xiàn)在有這樣的一個字符：
我們調用了拼接函數(shù)，字符串邊長了，Redis還會根據(jù)算法計算出一個free值給他備用：
我們再繼續(xù)拼接，你會發(fā)現(xiàn)，備用的free用上了，省去了這次的內存重分配：
- 惰性空間釋放：剛才提到了會預分配多余的空間，很多小伙伴會擔心帶來內存的泄露或者浪費，別擔心，Redis大佬一樣幫我們想到了，當我們執(zhí)行完一個字符串縮減的操作，redis并不會馬上收回我們的空間，因為可以預防你繼續(xù)添加的操作，這樣可以減少分配空間帶來的消耗，但是當你再次操作還是沒用到多余空間的時候，Redis也還是會收回對于的空間，防止內存的浪費的。
還是一樣的字符串：
當我們調用了刪減的函數(shù)，并不會馬上釋放掉free空間：
如果我們需要繼續(xù)添加這個空間就能用上了，減少了內存的重分配，如果空間不需要了，調用函數(shù)刪掉就好了：
- 二進制安全
仔細看的仔肯定看到上面我不止一次提到了空字符也就是’0‘，C語言是判斷空字符去判斷一個字符的長度的，但是有很多數(shù)據(jù)結構經(jīng)常會穿插空字符在中間，比如圖片，音頻，視頻，壓縮文件的二進制數(shù)據(jù)，就比如下面這個單詞，他只能識別前面的 不能識別后面的字符，那對于我們開發(fā)者而言，這樣的結果顯然不是我們想要的對不對。
Redis就不存在這個問題了，他不是保存了字符串的長度嘛，他不判斷空字符，他就判斷長度對不對就好了，所以redis也經(jīng)常被我們拿來保存各種二進制數(shù)據(jù)，我反正是用的很high，經(jīng)常用來保存小文件的二進制。
資料參考：Redis設計與實現(xiàn)
總結
大家是不是發(fā)現(xiàn)，一個小小的SDS居然有這么多道理在這？
以前就知道Redis快，最多說個Redis是單線程的，說個多路IO復用，說個基于內存的操作就完了，現(xiàn)在是不是還可以展開說說了？
本文是系列文的第一章，后續(xù)會陸續(xù)更新的，不知道這樣的類型大家是否喜歡。
大家一同去面試，一樣的問題，就是有人能過，有人不能過，大家經(jīng)常歸咎于自己學歷，自己過往經(jīng)歷的原因，但是你可以問一下自己，底層的細節(jié)字節(jié)是否有深究呢？細節(jié)往往才是最重要的，也是最少人知道的，如何和別的仔拉開差距拿到offer，我想就是這樣些細節(jié)決定的吧，背誰不會呢？
