面试题：Redis SDS在海量数据存储时如何减少内存碎片？

Question

在海量数据存储场景下，内存碎片是影响性能和存储效率的关键因素。请阐述Redis SDS（简单动态字符串）结构在应对这一问题时采取了哪些策略，从而有效减少内存碎片的产生。

Answer 1

1. 空间预分配策略
   • 当SDS进行字符串修改操作时，如果修改后SDS的长度（len）小于1MB，那么Redis会分配和len属性同样大小的未使用空间（free），即分配的总空间大小为2倍len + 1（1字节用于保存字符串结束符'\0'）。例如，原本SDS存储的字符串长度为10字节，修改后长度变为20字节，那么此时除了保存20字节的字符串内容外，还会额外分配20字节的未使用空间。
   • 当修改后SDS的长度大于等于1MB时，Redis会分配1MB的未使用空间。这样在后续字符串增长操作时，如果增长幅度在预分配的空间范围内，就无需频繁重新分配内存，从而减少了内存碎片的产生。
2. 惰性空间释放策略
   • 当SDS字符串缩短时，Redis并不会立即释放多余的空间，而是将这些空间记录在free属性中。例如，原本SDS存储一个长度为100字节的字符串，当删除部分内容使其长度变为50字节时，Redis不会马上回收这50字节的空间，而是将free属性值设为50。这样当下次需要扩展字符串时，如果扩展的长度不超过free空间的大小，就可以直接使用这些空间，避免了重新分配内存，减少了内存碎片。
3. 连续内存存储
   • SDS采用连续的内存空间来存储字符串数据。相比于一些采用链表等非连续数据结构存储字符串的方式，连续内存存储可以避免由于频繁插入和删除操作导致的内存碎片化。在连续内存空间中，内存分配和释放更加高效，操作系统的内存管理机制可以更好地管理这些连续的内存块，减少内存碎片的产生。同时，连续内存存储也有利于提高缓存命中率，因为CPU缓存通常以连续内存块为单位进行缓存，连续存储的SDS字符串可以更好地利用缓存，提升性能。