【Redis】数据结构---String

String(字符串)

1.Redis 键(key)

• keys *查看当前库所有key (匹配：keys *1)
• exists key判断某个key是否存在
• type key 查看你的key是什么类型
• del key 删除指定的key数据
• unlink key 根据value选择非阻塞删除。仅将keys从keyspace元数据中删除，真正的删除会在后续异步操作。
• expire key 10 10秒钟：为给定的key设置过期时间
• ttl key 查看还有多少秒过期，-1表示永不过期，-2表示已过期

执行上面的操作

2.String(字符串)

String是Redis最基本的类型，一个key对应一个value。

String类型是二进制安全的。意味着Redis的string可以包含任何数据。比如jpg图片或者序列化的对象。

String类型是Redis最基本的数据类型，一个Redis中字符串value最多可以是512M

2.1常用命令

set 添加键值对

关于set的其他参数

• NX：当数据库中key不存在时，可以将key-value添加数据库
• *XX：当数据库中key存在时，可以将key-value添加数据库，与NX参数互斥
• EX：key的超时秒数
• PX：key的超时毫秒数，与EX互斥

get 查询对应键值

append 将给定的 追加到原值的末尾

strlen 获得值的长度

setnx 只有在 key 不存在时 设置 key 的值

数字类型的命令:

incr

• 将 key 中储存的数字值增1
• 只能对数字值操作，如果为空，新增值为1

decr

• 将 key 中储存的数字值减1
• 只能对数字值操作，如果为空，新增值为-1

incrby / decrby <步长>将 key 中储存的数字值增减。自定义步长。

• 注意：INCR类型的命令是原子的，Redis单命令的原子性主要得益于Redis的单线程。

mset …

• 同时设置一个或多个 key-value对

mget …

• 同时获取一个或多个 value

msetnx …

• 同时设置一个或多个 key-value 对，当且仅当所有给定 key 都不存在。
• 该命令具有原子性：其中有一个key是存在的，则都创建失败

getrange <起始位置><结束位置>

• 获得值的范围，类似C++中string类的substr。

setrange <起始位置>

• 用 覆写所储存的字符串值，从<起始位置>开始(索引从0****开始)。

setex <过期时间>

• 设置键值的同时，设置过期时间，单位秒。

getset

• 以新换旧，设置了新值同时获得旧值。

2.2.String底层结构

Redis是用C语言写的，但是对应Redis的Sting,并不是C 语言中的字符串（即以空字符’\0’结尾的字符数组)；Redis自定义了数据结构SDS(simple dynamic string)【简单动态字符串】，并将 SDS 作为 Redis的默认字符串表示。

struct sdshdr{
    //记录 buf 数组中未使用字节的数量
     int free;
    
    //记录buf数组已使用字节的数量
    //等于 SDS 保存字符串的长度
     int len;
        
     //字节数组，用于保存字符串
     char buf[];	//柔性数组
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

• len为字符串的实际长度，保证了获取字符串长度时为O(1)操作
• free为buf数组中剩余的空间大小
• buf 保存字符串的数组
• 如果长度不够，会主动申请空间
• redis实际开辟的空间为len+free

优点：

减少修改字符串的内存重新分配次数

C语言字符串由于不记录字符串长度，所以如果要修改字符串，必须重新分配内存(先释放再申请)。因为如果没有重新分配，字符串长度增大时会造成内存缓冲区溢出，字符串长度减小时会造成内存泄露。

对于SDS，由于len属性和free属性的存在，对于修改字符串SDS实现了空间预分配和惰性空间释放两种策略：

• **空间预分配：**对字符串进行空间扩展的时候，扩展的内存比实际需要的多，这样可以减少连续执行字符串增长操作所需的内存重分配次数。
• **惰性空间释放：**对字符串进行缩短操作时，程序不立即使用内存重新分配来回收缩短后多余的字节，而是使用 free 属性将这些字节的数量记录下来，等待后续使用。

二进制安全

• C字符串以空字符作为字符串结束的标识，而对于一些二进制文件（如图片等），内容可能包括空字符串，因此C字符串无法正确存取；
• 而所有 SDS 的API 都是以处理二进制的方式来处理 buf 里面的元素，**并且 SDS 不是以空字符串来判断是否结束，而是以 len 属性表示的长度来判断字符串是否结束。**所以SDS可以保存图片、音频等文件内容。

3.空间分配策略

3.1空间预分配

C++中数组在进行扩容时，往往会申请一个更大的数组，然后把数组拷贝过去。Redis同样基于这种策略提高了空间预分配机制。

当执行字符串增长操作并且需要扩展内存时，程序不仅仅会给SDS分配必需的空间还会分配额外的未使用空间，其长度存到free属性中。具体如下：

• **如果修改后len长度将小于1M,这时分配给free的大小和len一样；**例如修改过后为10字节, 那么给free也是10字节，buf实际长度变成了10+10+1 = 21byte(别忘记了\0的存在)
• **如果修改后len的长度大于等于1M，这时分配给free的长度为1M；**例如修改过后为30M,那么给free是1M.buf实际长度变成了30M+1M+1byte

3.2惰性空间释放

惰性空间释放用于字符串缩短的操作。当字符串缩短是，程序并不是立即使用内存重分配来回收缩短出来的字节，而是使用free属性记录起来，并等待将来使用。

3.3为什么SDS的最大长度是512M?

Redis字符串使用int类型表示长度，一共有32个比特位。2^32字节=512M

4.SDS面试题

1.SDS如何兼容C语言字符串？如何保证二进制安全？

C99中提到，结构体的最后一个成员如果是一个数组，大小不确定，那么就是一个柔性数组。

SDS对象中的buf是一个柔性数组，上层调用时，SDS直接返回了buf。由于buf是直接指向内容的指针，所以兼容C语言函数。而当真正读取内容时，SDS会通过len来限制读取长度，而非“\0”，所以保证了二进制安全。

2.SDS是如何扩容的？

空间预分配。先判断扩容长度与free的大小关系，如果够就直接拼接字符串，如果不够使用空间预分配的方式扩容。