Redis 的 SDS 是什么？跟传统 C 字符串相比有什么优势？

什么是 SDS？

SDS（Simple Dynamic String）是 Redis 自主研发的字符串结构，专为高性能场景设计。作为 Redis 最基础的数据结构，它支撑着所有键值存储、列表元素等核心功能，其设计哲学可用三个关键词概括：安全、高效、灵活。

SDS 的底层结构

每个 SDS 包含三个关键元信息：

1. 长度标识（len）：实时记录字符串当前长度（8字节）
2. 空闲空间（free）：预分配未使用的缓冲区大小（8字节）
3. 字符数组（buf）：实际存储内容的柔性数组

这种设计使得 SDS 在内存布局上形成三段式结构：头部元数据 + 数据区 + 预留空间。以存储 "Hello" 字符串为例：

len=5          ← 当前字符串长度
free=3         ← 剩余可用空间
buf=['H','e','l','l','o','\0','',''] ← 实际存储（包含结尾空字符和预留空间）

核心优势

1. 快速长度获取

传统 C 字符串需要遍历整个字符数组才能得到长度（时间复杂度 O(n)），而 SDS 直接读取 len 属性（O(1)）。在访问 LIST 等数据结构时，这种优化可使性能提升 100 倍以上。

2. 防止缓冲区溢出

SDS 的空间预分配策略彻底解决了 C 字符串的溢出风险：

• 当字符串长度 < 1MB 时：扩容后预留 100% 空闲空间（翻倍扩容）
• 当长度 ≥ 1MB 时：每次扩容额外预留 1MB 空间

这种机制使得 Redis 在处理 APPEND 等操作时，内存重分配次数减少 50% 以上。

3. 二进制安全

SDS 允许存储任意二进制数据（包括含 '\0' 的内容），这个特性使得 Redis 可以安全存储：

• 图片的二进制数据
• 序列化的 Protobuf 消息
• PDF 文件片段

而 C 字符串会因遇到 '\0' 提前截断，导致数据损坏。

4. 兼容 C 字符串

虽然 SDS 在功能上全面超越 C 字符串，但仍然保留以 '\0' 结尾的特性。这使得 SDS 可以：

• 直接使用 C 语言的字符串函数库
• 与现有系统 API 无缝对接
• 降低开发者的学习成本

5. 内存优化策略

通过惰性空间释放机制，SDS 在缩短字符串时不会立即回收内存，而是将多余空间计入 free 字段。当下次需要扩容时，可直接复用这些空间，将内存分配次数降低 30%-50%。

6. 类型分级

Redis 为不同长度的字符串设计了 5 种 SDS 类型（sdshdr5～sdshdr64），通过元数据头的差异化设计，最小化内存开销：

SDS 在 Redis 中的应用

1. 键值存储：所有 Redis 键都是 SDS 类型
2. 列表元素：LIST 结构的元素存储依赖 SDS
3. 持久化缓冲：AOF/RDB 文件写入使用 SDS 作为缓冲区
4. 网络协议：RESP 协议解析基于 SDS 实现

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