最新大厂二面面试题，看似简单，怎样才能拿高分呢？

风一样的树懒
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你好，我是风一样的树懒，一个工作十多年的后端专家，曾就职京东、阿里等多家互联网头部企业。公众号“吴计可师”，已经更新了近百篇高质量的面试相关文章，喜欢的朋友欢迎关注点赞

上一文《大厂二面面试题居然跟简单的String相关，你能答上来么？》 是讲了使用应用上的区别，这样的回答只能说是及格分了，那么怎样才能高分呢？

下面我们来看看Redis 的 String 类型底层设计。

Redis 的 String 类型底层设计基于 简单动态字符串（Simple Dynamic String, SDS），这是一种专门为高效操作和内存管理优化的数据结构。相较于传统 C 字符串，SDS 在性能、安全性和功能性上有显著提升。以下是其核心实现原理和设计细节：

一、SDS 结构定义

Redis 3.2 之后的版本根据字符串长度优化了 SDS 类型，共有 5 种结构体，以最小化内存占用：

// Redis 5.0+ 的 SDS 结构示例（sdshdr8）
struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr8 {
    uint8_t len;        // 已用长度（最大 2^8-1）
    uint8_t alloc;      // 总分配容量（排除头和空终止符）
    unsigned char flags;// 类型标识（低3位表示类型，高5位未用）
    char buf[];         // 实际数据存储（兼容C字符串）
};

SDS 类型分类

类型长度范围适用场景
sdshdr50~31 字节极短字符串（已弃用）
sdshdr80~255 字节短字符串（如缓存键）
sdshdr160~65535 字节中等长度字符串
sdshdr320~4294967295 字节长字符串（如JSON数据）
sdshdr64超大字符串特殊场景（较少使用）

二、SDS 的核心优化设计

1. O(1) 时间复杂度获取长度

  • 传统 C 字符串：需遍历直到 \0，时间复杂度 O(n)。
  • SDS：直接读取 len 字段，时间复杂度 O(1)。

2. 杜绝缓冲区溢出

  • C 字符串问题：strcat 可能覆盖相邻内存。
  • SDS 安全机制：修改前检查 alloc，不足时自动扩容。

3. 二进制安全

  • C 字符串限制：依赖 \0 结尾，无法存储含 \0 的数据（如图片、ProtoBuf）。
  • SDS 突破：通过 len 记录真实长度，可存储任意二进制数据。

4. 内存预分配策略

  • 扩容规则：

    • 新长度 < 1MB：分配 2 * len 的空间。
    • 新长度 ≥ 1MB：额外分配 1MB。
    • 示例：从 10KB 扩容到 12KB，实际分配 24KB（alloc = 24K，free = 12K）。

  • 惰性空间释放：

    • 缩短字符串时不立即回收内存，更新 len 并保留 free。
    • 显式释放 API sdsRemoveFreeSpace 可供调用。

三、编码优化策略

Redis 根据 String 的值类型自动选择最优编码，最大化性能和内存效率：

1. int 编码

  • 触发条件：字符串表示 64 位有符号整数。
  • 内存布局：直接存储在指针位置（无需 SDS 结构）。 
    void *ptr = (void*)(long)12345; // 直接存储整数
  • 优势：节省内存（无需结构体）且支持原子操作（如 INCR）。

2. embstr 编码

  • 触发条件：长度 ≤ 44 字节的字符串。
  • 内存布局：SDS 结构体与数据连续存储在单块内存。 
    [ sdshdr8 | data ... | \0 ]
  • 优势：
    • 内存局部性好（减少 CPU 缓存未命中）。
    • 减少内存分配次数（一次分配完成）。

3. raw 编码

  • 触发条件：长度 > 44 字节的字符串。
  • 内存布局：SDS 结构体与数据分两次分配。 
    [ sdshdrX ] --> [ data ... | \0 ]
  • 优势：灵活处理大字符串，避免连续内存压力。

四、操作原子性与高性能

1. 原子性操作

  • 单命令原子性：如 APPEND、INCR、GETSET。
  • 线程安全：Redis 单线程模型确保无竞态条件。

2. 零拷贝优化

  • 批量操作：如 SETRANGE 直接修改内存，无需创建新字符串。
  • 网络传输：通过 writev 系统调用合并发送 SDS 数据。

五、实战场景与编码选择

场景推荐编码理由
分布式计数器（库存）int节省内存，支持原子增减
短文本缓存（Token）embstr内存连续，快速访问
大JSON数据存储raw避免内存碎片，灵活扩容
二进制数据（图片）raw二进制安全，支持任意数据格式

六、SDS 的演进与性能对比

  • Redis 3.2 前：单一 SDS 结构，存在内存浪费。
  • Redis 3.2+：多类型 SDS，内存节省 30%~50%。 
    // sdshdr8（1字节 len + 1字节 alloc + 1字节 flags）
// 存储 "hello"（5字节）总占用：3头字节 + 6字节（含\0）= 9字节

最后

现在基于底层Redis 的 String 类型通过 SDS 数据结构 和 智能编码策略，来回答Java的String与Redis的String的区别

相信基于这样的对比，肯定会收到面试官更多的肯定吧？

今天文章就分享到这儿，喜欢的朋友可以关注我的公众号，回复“进群”，可进免费技术交流群。博主不定时回复大家的问题。 公众号：吴计可师

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