redis-简单动态字符串(sds)和链表的底层实现

1、简单动态字符串（simple dynamic string,SDS）

1.SDS的定义

struct sdshdr{
        //记录buf数组中已使用字节的数量
        //等于SDS所保存字符串的长度
        int len;
        
        //记录buf数组中未使用字节的数量
        int free;
        
        //字节数组，用于保存字符串
        char buf[];
    }
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2.SDS的优势

• 获取自身长度为O(1),直接取len字段。
• 杜绝缓冲区溢出，当SDS的API须要对SDS进行修改时，API会先检查SDS的空间是否知足修改的所需的要求，若是不知足的话，API会自动将SDS的空间扩展至执行修改所需的大小，而后才执行实际的修改操做，因此使用SDS既不须要手动修改SDS的空间大小，也不会出现前面所说的缓冲区溢出问题。
• 减小修改字符串时带来的内存重分配次数，举个例子，当len长度为20，free长度为0，buf[]中算上空字符(\0)一共21个字符。当减小字符串时，好比截取前10个，此时len长度为10，free中未使用的长度为10，buf[]的空间长度仍然是21，未使用的空间未延迟释放，这样若是在增长修改此字符串时，若是增长的长度不大于10则不会新增分配空间。而增长为redis修改字符串的速度。
• 空间预分配，若是对SDS进行修改后，SDS的长度小于1MB,那么len和free数量相同，举例，若是修改以后，SDS的len变成13字节，那么程序会分配13字节未使用空间，此时buf实际长度为13+13+1=27字节（额外的一字节用于保存空字符）;SDS修改后的长度大于1MB，则free固定分配1MB，举例，若是修改以后，SDS的len变成30MB，那么程序会分配1MB未使用空间，此时buf实际长度为30MB+1MB+1byte
• 二进制安全，为了确保redis能够适用于各类不一样的使用场景，全部SDS API都会以处理二进制的方式来处理SDS存放在buf数组里的数据，程序不会对其中的数据作任何限制，过滤，或者假设，数据在写入时是什么样的，它被读取时就是什么样。这也是咱们将SDS的buf属性称为字节数组的缘由-redis不是用这个数组来保存字符，而是用它来保存一系列二进制数据。

2、链表

1.链表和链表节点的实现

typedef struct listNode {
    
    //前置节点
    struct listNode *prev;
    
    //前置节点
    struct listNode *next;
    
    //节点的值
    void *value;
}listNode;

typedef struct list {
    
    //表头节点
    listNode *head;
    
    //表尾节点
    listNode *tail;
    
    //链表所包含的节点数量
    unsigned long len;
    
    //节点值复制函数
    void *(*dup) (void *ptr);
    
    //节点值释放函数
    void *(*free) (void *ptr);
    
    //节点值释放函数
    void *(*match) (void *ptr,void *key);
}list;

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2.redis的链表实现的特性总结以下

• 双端:链表节点带有prev和next指针，获取某个节点的前置节点和后置节点的复杂度都是O(1)。
• 无环:表头节点的prev指针和表尾节点的next指针都指向NULL，对链表的访问以NULL为终点。
• 带表头指针和表尾指针:经过list结构的head指针和tail指针，程序获取连接表的表头节点和表尾节点的复杂度为O(1)。
• 带链表长度计数器:程序使用list结构的head指针和tail指针，程序获取链表的表头节点和表尾节点的复杂度为O(1)。
• 多态:链表节点使用使用void*指针来保存节点值，而且能够经过list结构的dup、free、match三个属性为节点值设置类型特定函数，因此链表能够用于保存各类不一样类型的值