面试题：SDS的空间预分配机制及作用

Question

详细描述Redis SDS的空间预分配策略，当SDS进行追加操作时，空间预分配是如何执行的，这种机制对Redis的性能和内存管理有什么重要意义？

Answer 1

Redis SDS空间预分配策略

1. SDS结构：Redis的SDS（Simple Dynamic String）结构包含了长度信息（len）、已使用空间（free）等字段。
2. 预分配策略：
   • 当SDS的长度（len）小于1MB时，每次进行空间扩展时，会额外分配与len相同大小的未使用空间。例如，若当前SDS长度为5字节，进行扩展操作时，除了满足实际需要的空间外，还会额外分配5字节的未使用空间。
   • 当SDS的长度（len）大于等于1MB时，每次扩展会额外分配1MB的未使用空间。

追加操作时空间预分配的执行

1. 检查空间：在执行追加操作前，先检查SDS的未使用空间（free）是否足够容纳追加的内容。
2. 不足时扩展：如果未使用空间不足，则根据上述预分配策略进行空间扩展。计算出需要的总空间大小（当前已使用空间 + 追加内容大小 + 预分配空间），然后重新分配内存。将原SDS内容复制到新分配的内存空间，再将追加内容写入，同时更新SDS结构中的len和free字段。

对Redis性能和内存管理的重要意义

1. 性能方面：
   • 减少内存重新分配次数：通过预分配策略，在一定程度上减少了频繁追加操作时内存重新分配的次数。因为有了预分配的空间，后续追加操作若在预分配范围内，就无需立即进行内存重新分配，从而提升了追加操作的效率。
   • 降低碎片化：合理的预分配有助于减少内存碎片化。如果每次追加都只分配刚好够用的空间，随着频繁的追加和删除操作，内存中容易产生大量碎片，影响内存分配效率。预分配策略可以使得内存分配更加连续，减少碎片的产生。
2. 内存管理方面：
   • 优化内存使用：预分配策略既保证了有足够的空间来应对后续可能的追加操作，又不会过度分配导致内存浪费。在SDS长度较小时，按比例预分配；长度较大时，固定预分配1MB，这种方式根据SDS的不同规模，合理地控制了预分配空间的大小，优化了内存使用。