面試場(chǎng)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(gè)回答，100%的人都能說上來，但是第二個(gè)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(gè)面試官他想聽到的標(biāo)準(zhǔn)答案來給大家出一期，Redis基礎(chǔ)類型的文章（系列文章），寫這個(gè)的時(shí)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(jié)束了，如果你是這樣的可以在評(píng)論區(qū)留言，讓我看看有多少人是這樣的。

但是，一場(chǎng)面試少說都是半小時(shí)起步上不封頂，你這樣一句話就回答了這么重要的五個(gè)知識(shí)點(diǎn)，這個(gè)結(jié)果是你想要的么？是面試官想要的么？

我再問你一個(gè)問題，你可能就懵逼了：String在Redis底層是怎么存儲(chǔ)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(nèi)存么？

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寶貝，觸及知識(shí)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(jié)果被面試官安排了一波，后面我苦心修煉，總算是好了一點(diǎn)，現(xiàn)在對(duì)緩存也是非常熟悉了，你不會(huì)沒事，有我嘛，乖。

正文

Redis是C語(yǔ)言開發(fā)的，C語(yǔ)言自己就有字符類型，但是Redis卻沒直接采用C語(yǔ)言的字符串類型，而是自己構(gòu)建了動(dòng)態(tài)字符串（SDS）的抽象類型。

就好比這樣的一個(gè)命令，其實(shí)我是在Redis創(chuàng)建了兩個(gè)SDS，一個(gè)是名為aobing的Key SDS，另一個(gè)是名為cool的Value SDS，就算是字符類型的List，也是由很多的SDS構(gòu)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(diǎn)疑惑的，C語(yǔ)言的字符串不好么為啥用SDS？SDS長(zhǎng)啥樣？有什么優(yōu)點(diǎn)呢?

為此我去找到了Redis的源碼，可以看到SDS值的結(jié)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(yǔ)言的字符串？那好我們?nèi)タ纯此麄兊膮^(qū)別。

SDS與C字符串的區(qū)別

1. 計(jì)數(shù)方式不同

C語(yǔ)言對(duì)字符串長(zhǎng)度的統(tǒng)計(jì)，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(jì)出字符串的長(zhǎng)度，這樣獲取長(zhǎng)度的時(shí)間復(fù)雜度來說是0（n），大概就像下面這樣：

但是這樣的計(jì)數(shù)方式會(huì)留下隱患，所以Redis沒有采用C的字符串，我后面會(huì)提到。

而Redis我在上面已經(jīng)給大家看過結(jié)構(gòu)了，他自己本身就保存了長(zhǎng)度的信息，所以我們獲取長(zhǎng)度的時(shí)間復(fù)雜度為0（1），是不是發(fā)現(xiàn)了Redis快的一點(diǎn)小細(xì)節(jié)了？還沒完，不止這些。

1. 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(zhǎng)度的，一旦我們調(diào)用了拼接的函數(shù)，如果沒有提前計(jì)算好內(nèi)存，是會(huì)產(chǎn)生緩存區(qū)溢出的。

比如本來字符串長(zhǎng)這樣：

你現(xiàn)在需要在后面拼接 ，但是你沒計(jì)算好內(nèi)存，結(jié)果就可能這樣了：

這是你要的結(jié)果么？很顯然，不是，你的結(jié)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(jié)構(gòu)存儲(chǔ)了當(dāng)前長(zhǎng)度，還有free未使用的長(zhǎng)度，那簡(jiǎn)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(zhǎng)度夠就直接執(zhí)行，如果不夠，那我就進(jìn)行擴(kuò)容。

這些大家在Redis源碼里面都是可以看到對(duì)應(yīng)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(diǎn)C語(yǔ)言的基礎(chǔ)。

1.  減少修改字符串時(shí)帶來的內(nèi)存重分配次數(shù)

C語(yǔ)言字符串底層也是一個(gè)數(shù)組，每次創(chuàng)建的時(shí)候就創(chuàng)建一個(gè)N+1長(zhǎng)度的字符，多的那個(gè)1，就是為了保存空字符的，這個(gè)空字符也是個(gè)坑，但是不是這個(gè)環(huán)節(jié)探討的內(nèi)容。

Redis是個(gè)高速緩存數(shù)據(jù)庫(kù)，如果我們需要對(duì)字符串進(jìn)行頻繁的拼接和截?cái)嗖僮鳎绻覀儗懘a忘記了重新分配內(nèi)存，就可能造成緩沖區(qū)溢出，以及內(nèi)存泄露。

內(nèi)存分配算法很耗時(shí)，且不說你會(huì)不會(huì)忘記重新分配內(nèi)存，就算你全部記得，對(duì)于一個(gè)高速緩存數(shù)據(jù)庫(kù)來說，這樣的開銷也是我們應(yīng)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(dá)到性能最大化，空間利用最大化：

•  空間預(yù)分配：當(dāng)我們對(duì)SDS進(jìn)行擴(kuò)展操作的時(shí)候，Redis會(huì)為SDS分配好內(nèi)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(nèi)存分配消耗。

比如現(xiàn)在有這樣的一個(gè)字符：

我們調(diào)用了拼接函數(shù)，字符串邊長(zhǎng)了，Redis還會(huì)根據(jù)算法計(jì)算出一個(gè)free值給他備用：

我們?cè)倮^續(xù)拼接，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，備用的free用上了，省去了這次的內(nèi)存重分配：

•  惰性空間釋放：剛才提到了會(huì)預(yù)分配多余的空間，很多小伙伴會(huì)擔(dān)心帶來內(nèi)存的泄露或者浪費(fèi)，別擔(dān)心，Redis大佬一樣幫我們想到了，當(dāng)我們執(zhí)行完一個(gè)字符串縮減的操作，redis并不會(huì)馬上收回我們的空間，因?yàn)榭梢灶A(yù)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(dāng)你再次操作還是沒用到多余空間的時(shí)候，Redis也還是會(huì)收回對(duì)于的空間，防止內(nèi)存的浪費(fèi)的。

還是一樣的字符串：

當(dāng)我們調(diào)用了刪減的函數(shù)，并不會(huì)馬上釋放掉free空間：

如果我們需要繼續(xù)添加這個(gè)空間就能用上了，減少了內(nèi)存的重分配，如果空間不需要了，調(diào)用函數(shù)刪掉就好了：

1. 二進(jìn)制安全

仔細(xì)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(yǔ)言是判斷空字符去判斷一個(gè)字符的長(zhǎng)度的，但是有很多數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)經(jīng)常會(huì)穿插空字符在中間，比如圖片，音頻，視頻，壓縮文件的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，就比如下面這個(gè)單詞，他只能識(shí)別前面的 不能識(shí)別后面的字符，那對(duì)于我們開發(fā)者而言，這樣的結(jié)果顯然不是我們想要的對(duì)不對(duì)。

Redis就不存在這個(gè)問題了，他不是保存了字符串的長(zhǎng)度嘛，他不判斷空字符，他就判斷長(zhǎng)度對(duì)不對(duì)就好了，所以redis也經(jīng)常被我們拿來保存各種二進(jìn)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(jìn)制。

資料參考：Redis設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

總結(jié)

大家是不是發(fā)現(xiàn)，一個(gè)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(gè)Redis是單線程的，說個(gè)多路IO復(fù)用，說個(gè)基于內(nèi)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(huì)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(xué)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(xì)節(jié)字節(jié)是否有深究呢？細(xì)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(xì)節(jié)決定的吧，背誰(shuí)不會(huì)呢？