Redis 学习笔记（篇一）：字符串和链表

本次学习除了基本内容以外主要思考三个问题：why（为何）、what（原理是什么）、which（同类中还有哪些相似的东西，相比有什么区别）。

因为我对 java 比较熟悉，而且 java 中也有字符串和链表。因此本篇暂拿 redis 中的字符串和链表与 java 进行对比。

字符串

先看几个问题：

• redis 中有没有使用 C 语言的字符数组做为字符串？ 答案：没有
• 那么 C 语言的字符数组有着什么局限性以致于java和redis都从新定义了本身的字符串呢？
• redis 定义的字符串结构是什么？java的呢？
• java 和 redis 的字符串结构有什么区别？为何会造成这样的区别？二者哪个更好呢？

C 语言数组的局限性

1. 取字符串长度不方便，c语言的字符数组没有存储字符串的长度，因此须要遍历。Time（时间复杂度）：O(n)
2. 不安全，两个字符数组进行拼接时可能会形成缓存区溢出，致使别的数据受损。
3. 每次增删字符串都会致使从新分配或者回收内存，影响效率。
4. 以\0判断是否结尾，只能存储文本数据。
5. 比较两个字符串是否相等，须要循环比较每一个字符，Time:O(n)。

因为 C 语言的字符数组有着以上的局限性，因此 redis 和 java 都从新定义了本身的字符串结构。

redis 定义的字符串结构是什么？java 的呢？

redis 中的字符串是本身构建了一种叫作简单动态字符串（SDS）的抽象类型标识的。它的具体结构以下：

struct sdshdr {
    //字符串长度
    int len;
    // buf中未使用的字节数
    int free;
    // 字节数组，用于保存字符串
    char buf[];
}

redis 的这个数据结构，很好的解决了 C 语言字符数组的第一、二、三、4点局限性。并且值得注意的是 sdshdr 中的 buf 数组，也是以“\0”结尾的，因此buf的总长度为：len + free + 1。那么为何要浪费这一个字节呢？主要是想重用 C 语言对于字符串的一些函数，好比链接、输出等等。

这里有一个点须要注意一下，就是 redis 不会对存储的字符串进行编码，存储和获取都是直接经过二进制进行传输的，因此理论上来讲只要客户端的编码和解码方式同样，是不会出现乱码的。这也是上面 buf 的注释里写字节数组的缘由。

java 的字符串呢？则是直接把字符串搞成了一个常量。以下：

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
    /** The value is used for character storage. */
    private final char value[];

    /** Cache the hash code for the string */
    private int hash; // Default to 0
    ......
}

java 的字符串也解决了c语言字符数组的第 1/2/3/4 点。

• 由于 java 中数组直接存储了长度，因此规避了 C 语言数组的第 1/4 点局限性。
• 由于 String 是常量，因此c语言字符数组的第 2/3 点局限性不存在。
• 为了解决第 5 点局限性，因此java中的字符串引入了 hashCode 的概念。
  正是由于 hash 直接存储在字符串中，因此才把字符串设置成常量（不然，每改一次字符串的值，都须要从新计算 hashcode 的值，太浪费效率）。正由于字符串是常量，因此才有了 StringBuilder、StringBuffer 的可变字符串。。。。。。

如今咱们再回去看一下 redis 中字符串的结构，有一个数组，有数组中存储数据的长度。想到了什么？Java中 StringBuilder、StringBuffer、ArrayList 是否是都是这个结构？他们的共同点呢？是否是都是可变的数组（ StringBuilder、StringBuffer 能够当作可变的字符数组）？说到可变，这里遗留一个问题：redis中的SDS、Java中的 （StringBuilder、StringBuffer、ArrayList ），他们的扩容规则分别是什么呢？

java 和 redis 的字符串比较

1. redis 字符串中的字符数组（buf）是以“\0”结尾的，Java 中的不是。为何呢？
   由于 redis 的设计之初就是效率高、运行快的缓存。因此才会选择以 C 语言实现（由于c是全部结构化语言中运行最快的），而且和c的字符数组同样的结尾，以即可以直接使用c的函数而不重复造轮子。
   java 的设计之初就是一门跨平台的语言，因此字符串的全部函数都是本身实现的，因此不须要额外浪费一个字节的空间。
2. redis 定义了一个 sds 的字符串，但也是基于 C 的字符数组。而java直接把c的数组都从新定义了（ C 的数组不能直接得到数组长度）。
3. 关于字符串比较是否相等的问题： java 中有 hashcode 的概念来提高字符串比较是否相等的速度。redis 中又是如何作的呢？好比 get key 时，如何定位的一个具体的 key，而获得的 value 呢？ 这个问题，暂时还不知道。

形成这些差别的缘由，主要就是其定位不同。redis 的定位是缓存、要求快。java 的定位是语言，最重要的是跨平台及扩展性。

链表

也一样看三个问题：

1. 链表为何产生？
2. 原理是什么，和别的数据结构再来个对比。
3. 和 java 的链表有什么不同？

链表为何产生？

链表的产生主要是由于数组的局限性。 好比：插入、删除慢。不能动态增长元素。

原理是什么

redis 的链表结构以下：

typedef struct listNode {
    struct listNode *prev; //前驱节点，若是是list的头结点，则prev指向NULL
    struct listNode *next;//后继节点，若是是list尾部结点，则next指向NULL
    void *value;            //万能指针，可以存听任何信息
} listNode;

typedef struct list {
    listNode *head;     //链表头结点指针
    listNode *tail;     //链表尾结点指针

    //下面的三个函数指针就像类中的成员函数同样
    void *(*dup)(void *ptr);    //复制链表节点保存的值
    void (*free)(void *ptr);    //释放链表节点保存的值
    int (*match)(void *ptr, void *key); //比较链表节点所保存的节点值和另外一个输入的值是否相等
    unsigned long len;      //链表长度计数器
} list;

java 的链表结构以下：

public class LinkedList<E>
    extends AbstractSequentialList<E>
    implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable{
    transient int size = 0;

    /**
    * Pointer to first node.
    * Invariant: (first == null && last == null) ||
    *            (first.prev == null && first.item != null)
    */
    transient Node<E> first;

    /**
    * Pointer to last node.
    * Invariant: (first == null && last == null) ||
    *            (last.next == null && last.item != null)
    */
    transient Node<E> last;
    .......
}

redis 的链表和 java 的链表有什么不同？

基本一致，都是双向不循环链表。

双向的优势就是能够向前遍历，也能够向后遍历。缺点就是每一个节点都须要浪费一个指针去指向前一个节点。

原文出处：https://www.cnblogs.com/wind-snow/p/11019260.html