用C语言搞定Redis内存管理，打造超强存储性能技术分享

今天咱们来聊聊怎么用C语言玩转Redis的内存管理,让它的存储性能变得更强，这个话题听起来可能有点硬核，但我会尽量用大白话把它讲明白，咱们的目标不是成为Redis的开发者，而是理解它里面那些巧妙的设计，看看能学到什么用到自己的编程里。

你得知道Redis是个啥,简单说，它就是个速度超快的“大字典”，数据都放在内存里，所以读写操作快到飞起，它的核心就是用C语言写的，而C语言最大的特点就是让你能直接跟内存打交道，非常灵活，但也非常考验功力，Redis的成功，很大程度上就是因为它在内存管理上做得特别聪明。

第一招：自己动手，丰衣足食——摒弃通用内存分配器

一般的C程序,需要内存的时候会用malloc，用完了用free，这俩函数是操作系统提供的，很通用，但有时候不够快，而且容易产生内存碎片，Redis觉得这样不行，为了追求极致的性能，它选择了“自己管”。

Redis搞了一套自己的内存分配器,它并不是完全不用malloc，而是大方向还是用它来向操作系统申请大块的内存，但申请回来之后，Redis会自己把这些大块内存切成各种尺寸的小块来管理，它会准备一系列不同大小的内存块，比如16字节、32字节、64字节等等，当你需要存储一个字符串是20字节长时，Redis不会直接去找操作系统要20字节，而是从它自己管理的32字节大小的那个“内存池”里给你划一块。

这样做有啥好处呢？

• 速度更快：从自己维护的内存池里分配，比每次都调用系统的malloc要快得多，因为省去了很多复杂的检查和处理逻辑。
• 减少碎片：因为分配的内存块大小是固定的几种规格，所以能很好地减少内存碎片的产生，你申请20字节，我给你32字节，虽然有点浪费，但下次再来一个申请30字节的，我还能从32字节的池子里给，不会在中间留下奇奇怪怪的小碎片空间，这在长期运行的服务器程序中非常重要。

这个设计思路,在Redis的源码里，比如zmalloc.c这样的文件中，体现得非常清楚，它通过预分配不同规格的内存块，来平衡速度和空间效率。

第二招：空间换时间，压缩也要快——SDS的智慧

Redis里最常用的数据结构是字符串,C语言自带的字符串就是以\0结尾的字符数组，功能很简单，但Redis觉得这不够用，自己发明了一个叫“简单动态字符串”的东西，简称SDS。

SDS比C字符串强在哪呢？它用一个结构体把字符串包起来了，这个结构体里除了存字符串本身，还额外存了两个关键信息：一个是这个字符串数组现在实际分配了多长的空间，另一个是字符串的实际长度是多少。

这俩信息看起来多余,但妙用无穷：

• 获取长度是闪电速度：C语言要计算字符串长度，得从头开始数，直到遇到\0，这叫O(n)复杂度，而SDS直接把长度存起来了，看一眼就知道，是O(1)复杂度，快得不是一星半点。
• 杜绝缓冲区溢出：C字符串拼接时，如果你不小心，很容易把数据写到别人的内存地盘上，导致程序崩溃，SDS在拼接前会先检查空间够不够，不够就自己先扩容，安全多了。
• 空间预分配：当SDS需要变长时，它不只是傻乎乎地只分配刚好够用的空间，比如原来字符串是10字节，你要把它变成15字节，SDS可能一口气给你分配到30字节的空间，这样你下次再追加5个字节，就不需要再次扩容了，直接用预留的空间就行，这又是用一点多余的空间，换来了后续操作的速度。

这种用少量额外空间来换取巨大性能提升的思路,在SDS的设计中体现得淋漓尽致，源码sds.h和sds.c就是它的实现。

第三招：懒人的哲学——延迟释放与共享对象

内存管理不光是要会分配,还要会释放，但释放内存本身也是个耗时的操作，Redis在这里又耍了个小花招：延迟释放。

Redis需要释放一块比较大的内存（比如删除一个很大的哈希表），如果立刻吭哧吭哧地去free掉，可能会导致服务器卡顿一下，影响正在处理的其他命令，所以Redis会选择不立刻释放，而是先把这块内存挂到一个“待释放”的链表上，然后慢慢地、在后台找空闲时间再去真正释放它们，这就像家里大扫除，先把不要的杂物堆到角落，等有空再慢慢清理，不影响正常生活。

Redis还用了对象共享来节省内存，Redis里经常会用到一些很小的整数，像0、1、2这种，与其为每个相同的数字都创建一块内存，Redis会预先创建好一批常用的数字对象（比如0到9999），当不同的键都需要存储同一个数字时，大家都指向这同一个对象就行了，这样既节省了内存，又减少了分配和释放的次数，共享的对象一般是那些明显不会变的值。

总结一下

你看,Redis的内存管理核心思想就是“精细控制”和“权衡取舍”，它不完全相信系统自带的内存管理，而是自己动手，针对自己的使用场景（高速KV存储）进行深度优化，它敢于用空间换时间（比如SDS的预分配），也懂得在适当的时候“偷懒”（延迟释放），还会“精打细算”（对象共享）。

这些技巧不一定你要照搬到自己的C项目里,但这种追求极致、根据实际情况做设计的思路，是非常值得学习的，理解Redis的这些底层机制，不仅能让你更深刻地理解Redis为什么这么快，也能让你在写C程序时，对内存管理有更开阔的想法，说白了，就是用C语言这种接近底层的工具，把资源管理的主动权牢牢抓在自己手里，从而打造出超强的性能。