【Redis】数据结构---String
文章目录
- String(字符串)
- 1.Redis 键(key)
- 2.String(字符串)
- 2.1常用命令
- 2.2.String底层结构
- 3.空间分配策略
- 3.1空间预分配
- 3.2惰性空间释放
- 3.3为什么SDS的最大长度是512M?
- 4.SDS面试题
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
}
- 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。