眾所周知Redis有以下幾種常見的數(shù)據(jù)類型 String（字符串）、List（列表）、Set（集合）、Hash（哈希）、Sorted set（有序集合）、Stream（流）、Geo（地理空間索引）、Bitmap（位圖）、HyperLogLog（基數(shù)統(tǒng)計）等。

我們最常用的就是String（字符串）類型，String類型既可以存儲字符串，也可以存儲數(shù)字，甚至可以直接進行數(shù)值運算。

redis> set key1 value1
OK

redis> get key1
"value1"

redis> set key 1
Ok 

redis> INCR key
(integer) 2

Redis是使用標準C語言編寫的，而Redis String類型底層使用SDS（Simple Dynamic String 簡單動態(tài)字符串），但是卻沒有使用C語言字符串使用，這到底是為什么呢？

Redis的優(yōu)點是快、安全、節(jié)省內存，在設計Redis String實現(xiàn)的時候，也深刻的體現(xiàn)了Redis的這三個優(yōu)點。

提到Redis字符串的優(yōu)點，需要先看一下C語言字符串的缺點，畢竟沒有對比就沒有傷害。

1. C語言字符串實現(xiàn)原理

C語言字符串是使用char數(shù)組存儲，以'\0'作為字符串結束，比如字符串”Redis“在C語言中存儲結構就是下面這樣：

那么這種存儲方式有什么缺點呢？

1.1 不安全

C語言字符串這種特殊規(guī)定，就導致無法存儲特殊字符。如果某個字符串中間包含'\0'字符，讀取字符串的時候就無法讀取到完整字符，遇到'\0'就結束了，像下面這樣，只能讀取到前半部分“Red”。

如果存儲到C語言的字符串，無法完整讀取，肯定是不安全的，所以C語言無法存儲包含特殊字符的字符串（例如二進制數(shù)據(jù)）。

1.2 查詢性能較低

如果想要獲取字符串的長度，需要遍歷整個字符串，時間復雜度是O(n)，查詢效率較低。

1.3 存在緩存區(qū)溢出風險

開發(fā)中最常用的功能是拼接字符串，每次拼接字符串的時候，都要提前進行擴容。如果忘記擴容了，就會出現(xiàn)緩存區(qū)溢出。

1.4 擴容性能較差

擴容過程是非常耗時的，而且每次拼接字符串的時候都需要提交擴容。想象一下，如果使用HashMap的時候，每次put操作都需要進行擴容，性能將會差到什么程度。

由于C語言字符串有這么多缺點，而Redis又追求極致性能，所以只能自己實現(xiàn)一套，看一下Redis字符串底層是怎么實現(xiàn)的？

2. SDS底層實現(xiàn)原理

Redis3.0版本之前的底層結構是這樣的：

struct sdshdr {
    // 記錄buf數(shù)組中已使用字節(jié)的數(shù)量
    // 等于SDS所保存字符串的長度
    int len;

    // 記錄buf數(shù)組中未使用字節(jié)的數(shù)量
    int free;

    // 字節(jié)數(shù)組，用于保存字符串
    char buf[];
};

而最新Redis7.0版本，sds底層結構是這樣的，分成5個實現(xiàn)：

為什么會有5種實現(xiàn)呢？

看一下每種實現(xiàn)的len和alloc的類型就明白了，sdshdr8里面的類型是uint8_t，sdshdr16里面的類型是uint16_t，sdshdr32里面的類型是uint32_t，sdshdr64里面的類型是uint64_t，用來存儲不同長度的字符串。使用合適的類型，可以節(jié)約大量內存。

Redis自己實現(xiàn)的字符串解決了C語言字符串遇到的問題，并且有以下幾個優(yōu)點：

2.1 存儲安全

sds簡化版的存儲結構是這樣的：

struct sdshdr {
    // 已經(jīng)使用的字節(jié)數(shù)量
    int len;
    
    // char數(shù)組總字節(jié)數(shù)量
    int alloc;
  
    // 字節(jié)數(shù)組，用于保存字符串
    char buf[];
};

可以看出，Redis的字符串并不是用'\0'表示結尾，而是使用len記錄了字符串的長度。想要取出完整的字符串，只需要遍歷len長度即可。

2.2 查詢性能較高

Redis的字符串使用len記錄了字符串的長度，想要獲取整個字符串的長度，無需遍歷字符串，只需要查詢len值即可，時間復雜度是O(1)。

Redis采用空間換時間的做法，增加了存儲空間，加快了查詢性能。

2.3 避免緩存區(qū)溢出

Redis的字符串使用len記錄了字符串的長度，使用alloc記錄整個數(shù)組的長度，(alloc - len)表示未使用的空間長度。

如果新增的拼接字符串長度小于未使用空間，就不用擴容了。

2.4 擴容性能較好

Redis字符串還實現(xiàn)空間預分配和惰性空間釋放的優(yōu)化策略，減少擴容次數(shù)。

簡單理解就是拼接字符串導致擴容的時候會多增加一些空閑空間，縮短字符串的時候并不立即釋放這些空閑空間。