String 底层 SDS 结构
面试官问："Redis 的 String 是用什么数据结构存储的？"
小陈说："SDS，Simple Dynamic String。"
面试官追问："SDS 和 C 的 char 数组有什么区别？"
小陈说："SDS 可以自动扩展。"
面试官继续追问："SDS 的 header 里存了什么？空间预分配是怎么做的？"
小陈开始卡壳。
SDS 是 Redis 最基础的数据结构，也是理解 Redis 源码的第一道门槛。但大多数候选人只知道"SDS 是动态字符串"，说不清楚 header 结构、空间预分配策略和惰性删除机制。
一、SDS 数据结构 🔴
1.1 SDS 结构
// SDS 内存布局
struct sdshdr {
int len; // 已使用的字节数
int alloc; // 已分配的字节数（不包括 header 和 \0）
unsigned char flags; // 类型（SDS_TYPE_5/8/16/32/64）
char buf[]; // 柔性数组，存储实际数据
};
// buf 是柔性数组，不占用额外空间
// buf[len] 始终是 '\0'，兼容 C 字符串函数
内存布局图示：
SDS 字符串 "Redis":
┌────────────────────────────────────┐
│ sdshdr │
│ len = 5, alloc = 8, flags = 1 │
├────────────────────────────────────┤
│ buf: | R | e | d | i | s | \0 | _ | _ | _ | ← _ 表示未使用空间
└────────────────────────────────────┘
↑
buf[len] 仍然是 '\0'，兼容 C 函数
1.2 SDS 的五种类型
// SDS_TYPE_5 : 0字节 header（不使用，仅存储长度在 flags 中）
// SDS_TYPE_8 : 1字节 header，字符串最长 2^8 - 1 = 255
// SDS_TYPE_16 : 2字节 header，字符串最长 2^16 - 1 = 65535
// SDS_TYPE_32 : 4字节 header，字符串最长 2^32 - 1
// SDS_TYPE_64 : 8字节 header，字符串最长 2^64 - 1
Redis 根据字符串长度选择最小的 header 类型。小字符串用小 header，省内存。
1.3 ❌ 错误示范
候选人原话："SDS 就是 C 的字符串加了个长度。"
问题诊断：不完全对。SDS 还有 alloc 字段（区分已用/未用空间）、flags 字段（存储类型）、空间预分配和惰性删除机制。
候选人原话 2："SDS 是二进制安全的，可以存任何数据。"
问题诊断：部分正确。SDS 可以存储二进制数据（因为不依赖 \0 判断长度），但 Redis String 存 JSON/Protobuf 时，二进制安全是业务层保证的，不是 SDS 保证的。
【面试官心理】
这道题我能从 SDS 的三个核心优势切入：O(1) 长度获取、空间预分配、二进制安全。能说清楚三个优势的底层实现细节的是 P6+ 水平。
二、SDS vs C 字符串 🔴
2.1 长度获取
// C 字符串
strlen(s) // O(n)：需要遍历到 \0 才停止
// SDS
sdslen(s) // O(1)：直接读 header.len
2.2 缓冲区溢出
// C 字符串：可能溢出
char buf[10];
strcpy(buf, "Hello World"); // 溢出！写入未知内存
// SDS：自动扩展，不会溢出
sds s = sdsnew("Hello");
s = sdscat(s, " World"); // 自动分配足够空间
2.3 内存重分配
// C 字符串：每次增长都需要 realloc
strcpy(buf, "Hello");
strcat(buf, " World"); // 可能需要重新分配内存并复制
// SDS：空间预分配，减少重分配次数
// 如果 len < 1MB，预分配 2 倍空间
// 如果 len >= 1MB，预分配 +1MB
s = sdscat(s, "!");
// 新 alloc = max(原alloc*2, 新len)
// 如果原来 alloc=10，预分配后 alloc=20
三、惰性删除（Lazy Free）🟡
3.1 SDS 的惰性删除
// SDS 截断字符串
sds s = sdsnew("Hello World");
sdsrange(s, 0, 4); // 截断为 "Hello"
// 不释放多余空间：alloc 保持 11，len 变为 5
// buf = ['H','e','l','l','o',' ','W','o','r','l','d','\0']
// ↑ len=5，alloc=11
// 释放空间
sdsfree(s); // 释放整个 sdshdr 和 buf
惰性删除的好处：不立即释放内存，减少系统调用开销。适合渐进式删除大量数据。
3.2 与字符串追加的关系
SET str "Hello"
APPEND str " World" -- "Hello World"，SDS 内部空间预分配
APPEND str "!" -- "Hello World!"，不需要重新分配
Redis 的 APPEND 命令利用 SDS 的空间预分配机制，避免每次追加都重新分配内存。
四、生产避坑 🟡
4.1 字符串的"计数器"陷阱
-- ❌ 每次 INCR 都会创建新字符串
INCR page:view:2024-01-01 -- 第一次：创建字符串 "0"，再 INCR
INCR page:view:2024-01-01 -- 已有字符串，INCR 直接操作
-- 实际上：
-- 第一次 INCR：SET page:view:2024-01-01 0，然后 INCR
-- 性能影响：第一次有两次网络往返
4.2 SDS 与 String 的关系
-- String 类型底层用 SDS 存储
SET key "value" -- 用 sdsnew("value") 创建
-- 但不是所有 SDS 都是 String
-- HSET key field value -- hash field 也用 SDS 存储
-- ZADD key score member -- ZSet member 也用 SDS 存储
4.3 内存优化
-- 小整数会被 Redis 内部缓存
SET num 100
GETRANGE num 0 0 -- "1"，整数被优化
-- 字符串存储数字有时比整数更省内存（需要实测）
【面试官心理】
SDS 是 Redis 源码中最基础的结构。问 SDS 的候选人里，能说清楚空间预分配和惰性删除机制的是少数。能解释"为什么 SDS 的 buf[len] 仍然是 '\0'"的候选人，说明他真正看过 Redis 源码。
