面试题：SDS内存分配策略对Redis高并发场景的影响

Question

在Redis的高并发读写场景下，SDS的内存分配策略是如何保证数据的一致性和系统的稳定性的？请结合SDS的内存预分配和惰性空间释放机制进行分析。

Answer 1

1. SDS内存预分配机制与数据一致性和系统稳定性

• 内存预分配机制：当SDS需要进行空间扩展时，如果扩展后SDS的长度（包括头部和数据部分）小于1MB，那么Redis会额外分配与原长度相等的未使用空间。例如，原SDS长度为512字节，扩展后长度为1024字节，此时会再分配512字节的未使用空间。若扩展后长度大于等于1MB，Redis会额外分配1MB的未使用空间。
• 保证数据一致性：这种预分配机制减少了频繁的内存分配操作。在高并发读写场景下，频繁的内存分配可能导致数据竞争，进而破坏数据一致性。预分配使得SDS在一定范围内有足够空间容纳新数据，避免在读写过程中因突然的内存分配失败而导致数据更新不完整或读取到错误数据。比如多个客户端同时对SDS进行追加操作，如果没有预分配，可能其中一个客户端在追加时触发内存分配，而此时其他客户端正在读取数据，就可能读到不一致的数据。
• 保证系统稳定性：减少内存分配次数也降低了系统因内存分配失败而崩溃的风险。在高并发环境下，系统内存资源紧张，频繁的内存分配请求容易导致内存碎片增加，甚至可能使内存分配失败。预分配机制通过提前预留空间，使得系统在高并发读写时能够更稳定地运行，不会因为内存分配问题而出现程序崩溃或服务中断。

2. SDS惰性空间释放机制与数据一致性和系统稳定性

• 惰性空间释放机制：当SDS缩短时，Redis并不会立即释放多余的空间，而是将这些空间作为未使用空间保留在SDS中。例如，从SDS中删除一部分数据后，这些被删除数据所占用的空间不会马上被释放，而是标记为未使用。
• 保证数据一致性：在高并发读写场景下，惰性空间释放避免了因频繁释放内存而引起的内存状态变化对读写操作的干扰。如果在高并发读写过程中，频繁释放内存，可能会导致其他正在进行的读写操作因为内存状态的改变（如内存块的回收和重新分配）而出现数据不一致的情况。通过保留未使用空间，SDS的内存布局相对稳定，读写操作可以在一个相对稳定的内存环境中进行，从而保证数据一致性。
• 保证系统稳定性：同样，惰性空间释放减少了内存释放操作带来的系统开销。在高并发场景下，频繁的内存释放操作会增加系统的负担，可能导致系统性能下降甚至出现不稳定的情况。而惰性空间释放机制使得系统在处理高并发读写时，不必频繁处理内存释放操作，提高了系统的稳定性。同时，当后续SDS需要再次扩展时，可以直接使用这些未使用空间，减少了新的内存分配操作，进一步增强了系统的稳定性。