面试题：Redis中SDS如何优化内存分配策略

Question

请阐述Redis的SDS（简单动态字符串）在内存分配策略方面相比传统C字符串有哪些优化措施，并举例说明这些优化如何提升Redis性能。

Answer 1

1. 内存分配策略优化措施

1. 空间预分配：
   • 传统C字符串：每次进行字符串修改操作（如追加字符）时，通常需要重新分配内存，这涉及到系统调用（如realloc），开销较大。例如，当在一个C字符串后追加字符时，如果当前空间不足，需要先计算新的大小，然后调用realloc分配新的内存块，并将原内容复制过去。
   • Redis的SDS：当SDS需要扩展空间时，不仅会分配当前所需的空间，还会额外分配未使用的空间（即free字段记录的空间）。如果对SDS进行修改后，其长度（len字段记录）小于1MB，那么会额外分配和len相同大小的未使用空间。例如，原SDS长度为10字节，追加5字节内容后，若未使用空间为0，此时分配的总空间为20 + 5 = 25字节（10字节原长度，10字节预分配，5字节新内容）。若修改后长度大于等于1MB，则额外分配1MB的未使用空间。
2. 惰性空间释放：
   • 传统C字符串：当缩短字符串时，如删除部分字符，一般会立即释放不再使用的内存。
   • Redis的SDS：当SDS缩短字符串时，并不会立即释放不再使用的空间，而是将这些空间记录在free字段中，留待以后使用。例如，有一个SDS原本内容为“hello world”，长度为11字节，当删除“world”后，SDS长度变为5字节，但未使用空间free变为6字节，而不是立即释放这6字节的空间。下次如果有追加操作，且追加内容长度不超过free的大小，就可以直接使用这些未释放的空间，避免了重新分配内存的开销。

2. 性能提升举例

1. 频繁追加操作：
   • 在Redis中，如果要频繁向一个键的值（假设为SDS类型）追加数据，例如在记录日志场景中。若使用传统C字符串，每次追加都可能触发内存重新分配，系统调用开销大，性能低。而SDS由于空间预分配策略，只要追加内容的总长度不超过预分配的空间，就无需重新分配内存，大大减少了内存分配的次数，提升了性能。
2. 字符串缩短后又追加操作：
   • 假设在一个聊天系统中，先对聊天记录进行裁剪（缩短SDS），之后又有新消息追加。由于SDS的惰性空间释放策略，裁剪后剩余的未使用空间可以直接用于新消息的追加，避免了再次分配内存和复制数据的开销，相比传统C字符串在这种场景下性能有显著提升。