Redis 字符串（String）

Redis 的字符串类型是最基本的数据类型，可以存储任何形式的字符串，包括文本、数字、二进制数据等。下面是一些使用字符串的常见场景及其底层实现。

场景示例

  1. 存储简单的键值对

    • 示例： 
      SET key "value"
GET key
    • 说明：将键 key 的值设置为 value，然后获取该值。

  2. 计数器

    • 示例： 
      INCR page_view_count
GET page_view_count
    • 说明：将键 page_view_count 的值增加 1，用于记录页面浏览次数。

  3. 存储二进制数据

    • 示例： 
      SET image_data "\x89PNG..."
GET image_data
    • 说明：可以存储二进制数据，如图像或文件。

  4. 过期时间的键值

    • 示例： 
      SET session_token "abc123" EX 3600
GET session_token
    • 说明：设置键 session_token 的值并设置过期时间为 3600 秒。

  5. 批量操作

    • 示例： 
      MSET key1 "value1" key2 "value2"
MGET key1 key2
    • 说明：一次性设置多个键值对，并获取多个键的值。

  6. 字符串操作

    • 示例： 
      APPEND key "suffix"
GETRANGE key 0 4
    • 说明：将字符串 suffix 附加到 key 的值末尾，并获取 key 的部分值。

  7. 位操作

    • 示例： 
      SETBIT bitkey 7 1
GETBIT bitkey 7
BITCOUNT bitkey
    • 说明：使用位操作设置、获取和统计位。

  8. 数值操作

    • 示例： 
      INCRBYFLOAT price 12.34
DECR quantity
    • 说明：对数值进行增减操作。

底层实现

Redis 字符串类型的底层实现主要依赖于 SDS（Simple Dynamic String，简单动态字符串）。SDS 是 Redis 对 C 语言 char 数组的封装，提供了更安全、更高效的字符串操作。以下是 SDS 的实现特点：

  1. 动态扩展：

    • SDS 支持动态扩展，字符串增长时会自动分配足够的空间，减少内存分配次数。
    • 示例代码： 
      struct sdshdr {
    int len;       // 已使用长度
    int free;      // 可用空间
    char buf[];    // 数据缓冲区
};

  2. 二进制安全：

    • SDS 可以存储任意二进制数据，包括空字符，因为它通过 len 属性记录字符串长度，而不是以空字符结尾。

  3. 预分配：

    • SDS 在扩展时会预分配空间，减少后续扩展的内存分配开销。
    • 扩展规则：如果新长度小于 1MB，则分配两倍的新长度；否则分配 1MB 的增量空间。

  4. 兼容 C 字符串：

    • SDS 可以与 C 字符串兼容，buf 末尾始终保留一个空字符，但不计入 len。

  5. 内存效率：

    • SDS 通过合理的内存管理和扩展策略，减少了内存碎片，提高了内存利用效率。

SDS 使得 Redis 在处理字符串时既能保持高性能，又能避免 C 语言 char 数组的常见问题，如缓冲区溢出和频繁的内存分配。通过这些特性，Redis 能够高效地处理各种字符串操作，包括存储、获取、计数、字符串拼接、位操作和数值操作。