Redis开发与运维：SDS与embstr、raw 深入理解

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.

出个题（redis 5.0.5版本）

SET q sc

encoding:embstr，长度为３

现在做追加操作，APPEND q scadd ，encoding:raw，长度８

为什么从 sc  ---->  scscadd 简单的追加操作内部类型会从　embstr　----->   raw  ，如何解释？

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