玩转Redis：深入探索 SDS、embstr 和 raw 的开发与运维实践

最编程 2024-07-22 21:44:49

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对于上一篇文章，我又自己总结归纳并补充了一下，有了第二篇。

概览

<<左移

开始之前，我们先准备点东西：位运算

i<<n 总结为 i*2^n

所以

１<<5 = 2^5

１<<8 = 2^8

１<<16 = 2^16

１<<32 = 2^32

１<<64 = 2^64

SDS　５种数据类型

Ｒｅｄｉｓ 3.2 以后ＳＤＳ数据类型有５个

#define SDS_TYPE_5 0
#define SDS_TYPE_8 1
#define SDS_TYPE_16 2
#define SDS_TYPE_32 3
#define SDS_TYPE_64 4

结合上面的位运算，我们也能理解这５个数据类型的命名规则。

外部类型String 找　SDS结构

我们现在有定义了５种ＳＤＳ数据类型，那么如何根据字符串长度找这些类型呢？

或者说输入的字符串长度和类型有什么关系？下面我们来看一看他们之间的关系。

再来看看源码：

static inline char sdsReqType(size_t string_size) {
if (string_size < 1<<5)
return SDS_TYPE_5;
if (string_size < 1<<8)
return SDS_TYPE_8;
if (string_size < 1<<16)
return SDS_TYPE_16;
#if (LONG_MAX == LLONG_MAX)
if (string_size < 1ll<<32)
return SDS_TYPE_32;
return SDS_TYPE_64;
#else
return SDS_TYPE_32;
#endif
}

根据位运算左移公式，我可以得知　1<<8　= 2^8 = 256

那么这里的　２５６是指什么？这里的２５６就是字节

也就是说：

SDS_TYPE_5　-- 32 Byte

SDS_TYPE_8　-- 256 Byte

SDS_TYPE_16 -- 64KＢ

SDS_TYPE_32 -- ...

SDS_TYPE_64 -- ...

现在数据类型找到了，我们再来看看比较典型的几种操作。

追加字符串

从使用角度讲，追加一般用的频率很少。所以有多大分配多大。

所以这里追加的话，有两种大情况：还有剩余　或　不够用

主要讲一下不够用就要重新申请内存，那么我们如何去申请内存呢？

这里提供了两种分配策略：

<1M ，新空间 = ２倍扩容；
>1M , 新空间 = 累加1M

空间有了，那么我们需要根据最新的空间长度占用，再找到对应的新的ＳＤＳ数据类型。

看一下源码，增加一下印象：

/* 追加字符串*/
sds sdscatlen(sds s, const void *t, size_t len) {
// 当前字符串长度
size_t curlen = sdslen(s);
// 按需调整空间（原来字符串，要追加的长度）
s = sdsMakeRoomFor(s,len);
// 内存不足
if (s == NULL) return NULL;
// 追加目标字符串到字节数组中
memcpy(s+curlen, t, len);
// 设置追加后的长度
sdssetlen(s, curlen+len);
// 追加结束符
s[curlen+len] = '\0';
return s;
}

/*空间调整，注意只是调整空间，后续自己组装字符串*/
sds sdsMakeRoomFor(sds s, size_t addlen) {
void *sh, *newsh;
// 当前剩下的空间
size_t avail = sdsavail(s);
size_t len, newlen;
char type, oldtype = s[-1] & SDS_TYPE_MASK;
int hdrlen;
/* 空间足够 */
if (avail >= addlen) return s;
// 长度
len = sdslen(s);
// 真正的数据体
sh = (char*)s-sdsHdrSize(oldtype);
// 新长度
newlen = (len+addlen);
// < 1M 2倍扩容
if (newlen < SDS_MAX_PREALLOC)
newlen *= 2;
// > 1M 扩容1M
else
newlen += SDS_MAX_PREALLOC;
// 获取sds 结构类型
type = sdsReqType(newlen);
// type5 默认转成 type8
if (type == SDS_TYPE_5) type = SDS_TYPE_8;
// 头长度
hdrlen = sdsHdrSize(type);
if (oldtype==type) { // 长度够用并且数据结构不变
newsh = s_realloc(sh, hdrlen+newlen+1);
if (newsh == NULL) return NULL;
s = (char*)newsh+hdrlen;
} else {
// 重新申请内存
newsh = s_malloc(hdrlen+newlen+1);
if (newsh == NULL) return NULL;
memcpy((char*)newsh+hdrlen, s, len+1);
s_free(sh);
s = (char*)newsh+hdrlen;
s[-1] = type;
sdssetlen(s, len);
}
sdssetalloc(s, newlen);
return s;
}

SDS 和　内部类型

外部字符串类型，找到了SDS结构，现在到了SDS转内部结构

对于字符串类型为什么会分　embstr 和　raw呢？

我们先说一下内存分配器：jemalloc、tcmalloc

这来能为仁兄呢分配内存的大小都是　２／４／８／１６／３２／６４　字节

对于redis 来讲如何利用并适配好内存分配器依然需要好好计算一下。

Redis 给我们实现了很多内部数据结构，这些内部数据结构得有自己的字描述文件－内部结构头对象

不同对象有不同的ｔｙｐｅ,同一个对象有不同的存储形式，还有ｌｒｕ缓存淘汰机制信息，引用计数器，指向数据体的指针。

typedef struct redisObject {
unsigned type:4;
unsigned encoding:4;
unsigned lru:LRU_BITS;
int refcount;
void *ptr;
} robj;

所以ＳＤＳ和　内部类型的关系类似于这样的：

连续内存，和非连续内存

44 字节

ＳＤＳ为什么会是这样的两种内部结构呢？

回忆一下上面提到的：ＳＤＳ结构，最小的应该是　SDS_TYPE_8（SDS_TYPE_５默认转成８）

struc SDS{
int8 capacity; // 1字节
int8 len; // 1字节
int8 flags; // 1字节
byte[] content; // 内容
}

所以从上代码看出，一个最小的ＳＤＳ，至少占用３字节.

还有内部结构头：RedisObject

typedef struct redisObject {
unsigned type:4; // 4bit
unsigned encoding:4; // 4bit
unsigned lru:LRU_BITS; // 24bit
int refcount; // ４字节
void *ptr; // 8字节
} robj;

16字节　＝　32bit(4字节) + ４字节　+ 8字节

所以一个内部类型头指针大小为：16字节

再加上最小ＳＤＳ的３字节，一共　19字节。也就是说一个最小的字符串所占用的内存空间是19字节

还记得上面我们提到过的内存分配器么？（２／４／８／１６／３２／６４　字节）

对，如果要给这个最小19字节分配内存，至少要分配一个32字节的内存。当然如果字符串长一点，再往下就可以分配到64字节的内存。

以上这种形式被叫做：embstr，这种形式使得 RedisObject和SDS 内存地址是连续的。

那么一旦大于64字节，形式就变成了raw，这种形式使得内存不连续，因为SDS已经变大，取得大的连续内存得不偿失。

再回来讨论一下 embstr, 最大64字节内存分配下来，我们实际可以真正存储字符串的长度是多少呢？--44字节

64字节，减去RedisObject头信息19字节，再减去３字节SDS头信息，剩下45字节，再去除\0结尾。这样最后可以存储44字节。

所以　embstr　形式，可以存储最大字符串长度是44字节。

关于字符串最大是５１２Ｍ

Strings
Strings are the most basic kind of Redis value. Redis Strings are binary safe,
this means that a Redis string can contain any kind of data,
for instance a JPEG image or a serialized Ruby object.
A String value can be at max 512 Megabytes in length.