Redis基础系列（二）——字符串对象-一一网

字符串对象是Reids最基本的数据类型，一个键最大能存储512MB。Redis的字符串对象是二进制安全的，可以包含任何数据，如图片数据或者序列化的对象。

字符串对象常用命令如下：

set key value  //设置指定key的值
mset key value[key value]  //同时设置多个key-value对
setex key seconds value  //设置指定key的值，并设置key的过期时间
psetex key milliseconds value  //设置指定key的值，并以毫秒方式设置key的过期时间
setnx key value  //指定key不存在时设置key的值
msetnx key value[key value]  //同时设置多个key-value对，当且仅当所有给定的key都不存在
setrange key offset value  //用value参数复写给定key所存储的字符串值，从偏移量offset开始
setbit key offset value  //对key所存储的字符串值，设置或清除指定偏移量上的位（bit）
append key value  //给指定key存储的值末尾追加value
get key  //获取指定key的值
mget key1[key2]  //获取多个给定key的值
getrange key start end  //返回key中字符串值的子字符串
getset key value  //将指定key的值设为value，并返回旧值
getbit key offset  //对key所存储的字符串值，获取指定偏移量上的位（bit）
strlen key  //返回key所储存的字符串值的长度
incr key  //将key中存储的值加一
incrby key increment  //将key中存储的值加上给定增量值
incrbyfloat key increment  //将key中存储的值加上给定浮点增量值
decr key  //将key中存储的值减一
decrby key decrement  //将key中存储的值减去给定增量值
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字符串对象的编码有int、embstr、raw三种。如果一个字符串对象保存的是整数值，则使用int编码实现；如果一个字符串对象保存的是字符串值，且字符串值的长度小于等于39个字节，则使用embstr编码实现；如果一个字符串对象保存的是字符串值，且字符串值的长度大于39个字节，则使用raw编码实现。需要注意的是，浮点数以及不可用long表示的大整数，编码方式采用embstr或raw。

embstr编码是raw编码的一种优化方式，其底层数据结构都是简单动态字符串（SDS）。所以，embstr编码和raw编码实现的字符串对象，都包含两部分的结构：redisObject和sdshdr。不同的是，raw编码方式会调用两次内存分配函数来分别创建redisObject结构和sdshdr结构；而embstr编码方式只调用一次内存分配函数为redisObject结构和sdshdr结构同时分配内存空间。使用embstr编码的字符串对象，相对raw编码方式有以下优点：

创建对象时，内存分配函数从两次降为一次
销毁对象时，内存释放函数从两次降为一次
embstr编码的字符串，redisObject结构和sdshdr结构处于连续的内存空间中，能更好地利用缓存带来的优势

raw编码的字符串对象.png

embstr编码的字符串对象.png

编码转换

int编码的字符串对象和embstr编码的字符串对象在条件满足的情况下，会被转换为raw编码。

int编码的字符串对象，如果执行某个命令后会使对象值保存的不再是整数而是字符串，会将编码转换为raw。Redis中没有embstr编码的字符串的修改API（embstr是一个只读的结构），当要修改embstr编码的字符串是，总是将编码转换为raw，再执行修改命令。

字符串命令的实现.png

简单动态字符串（SDS）

raw编码的字符串对象和embstr编码的字符串对象，对象值保存的不是C语言字符串，而是简单动态字符串结构。

//简单动态字符串结构定义
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数据中未使用的字节数量
    int free;

    //字节数组，用于保存字符串，以'\0'字符结尾，结尾空字符不计算在len中，以空字符结尾的好处是可以直接重用一部分C字符串函数库里的函数。
    char buf[];
}
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SDS与C语言字符串的区别

常数复杂度获取字符串长度
- 因为C字符串并不记录自身的长度信息，获取C字符串的长度必须遍历整个字符串，复杂度为O(N)。
- SDS中使用len属性记录字符串的长度，获取字符串长度复杂度为O(1)。通过额外的空间记录字符串长度信息，确保了获取字符串长度的工作不会成为Redis的性能瓶颈。
杜绝缓冲区溢出
- 因为C字符串不记录自身的长度，在操作字符串时容易产生缓冲区溢出。SDS的空间分配策略则完全杜绝了发生缓冲区溢出的可能性：当对SDS进行修改时，会检查free的大小，并自动进行空间扩展。
减少修改字符串时带来的内存重新分配次数
- C字符串不记录自身长度，每次增长或缩短一个C字符串，程序总要对保存字符串的数组进行一次内存重新分配操作。
- Redis作为数据库，经常被用于速度要求严苛、数据被频繁修改的场合，如果频繁重新分配内存，会对新能造成影响。SDS中，存在已使用的内存空间和未使用的空间，通过使用空间预分配和惰性空间释放两种优化策略，减少内存重新分配次数。
- SDS空间预分配：如果对SDS进行修改之后，SDS的长度小于1M，则分配和len属性同样大小的未使用空间。如果对SDS进行修改之后，SDS的长度将大于等于1M，则分配1M的未使用空间。
- 惰性空间释放：对SDS字符串缩短操作时，不会立即回收多出来的字节，而是把多出来的字节长度记录到free属性中，待增长字符串时使用。同时，SDS也提供相应的API释放未使用的空间，保证惰性空间释放策略不会造成内存浪费。
二进制安全
- C字符串必须符合某种编码，并且字符串中间不能存在空字符，否则最先被程序读入的空字符会被误认为是字符串结尾。
- SDS通过len属性判断字符串结尾，保留最后一个字符为’\0’并不是用于识别字符串结尾，而是用于兼容部分C库函数。