Redis内存淘汰策略(过期策略淘汰策略)

青旅半醒 2024-03-22 12:51 95阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*   *  过期策略
     *   *  Redis是如何知道一个key是否过期呢？
         *  是不是TTL到期就立即删除了呢？
         *   *  惰性删除
             *  周期删除
             *   *  SLOW模式规则：
                 *  FAST模式规则（过期key比例小于10%不执行 ）
         *  小总结
     *  淘汰策略

Redis之所以性能强，最主要的原因就是基于内存存储。然而单节点的Redis其内存大小不宜过大，会影响持久化或主从同步性能。  
我们可以通过修改配置文件来设置Redis的最大内存：

![1653983341150][]

当内存使用达到上限时，就无法存储更多数据了。为了解决这个问题，Redis提供了一些策略实现内存回收：

*  内存过期策略
 *  内存淘汰策略

### 过期策略 ###

在学习Redis缓存的时候我们说过，可以通过expire命令给Redis的key设置TTL（存活时间）：

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可以发现，当key的TTL到期以后，再次访问name返回的是nil，说明这个key已经不存在了，对应的内存也得到释放。从而起到内存回收的目的。

Redis本身是一个典型的key-value内存存储数据库，因此所有的key、value都保存在之前学习过的Dict结构中。不过在其database结构体中，有两个Dict：一个用来记录key-value；另一个用来记录key-TTL。

![1653983423128][]

![1653983606531][]

这里有两个问题需要我们思考：

#### Redis是如何知道一个key是否过期呢？ ####

利用两个Dict分别记录`key-value对`及`key-ttl对`

#### 是不是TTL到期就立即删除了呢？ ####

##### 惰性删除 #####

惰性删除：顾明思议并不是在TTL到期后就立刻删除，而是在访问一个key的时候，检查该key的存活时间，如果已经过期才执行删除。

![1653983652865][]

##### 周期删除 #####

周期删除：顾名思义是通过一个定时任务，周期性的抽样部分过期的key，然后执行删除。执行周期有两种：

*  Redis服务初始化函数`initServer()`中设置定时任务，按照`server.hz`的频率来执行过期key清理，模式为SLOW
 *  Redis的每个事件循环前会调用`beforeSleep()`函数，执行过期key清理，模式为FAST

![image-20230505220806881][]

###### SLOW模式规则： ######

1.  执行频率受server.hz影响，默认为10，即每秒执行10次，每个执行周期100ms。
2.  执行清理耗时不超过一次执行周期的25%.默认slow模式耗时不超过25ms
3.  逐个遍历db，逐个遍历db中的bucket，抽取20个key判断是否过期
4.  如果没达到时间上限（25ms）并且过期key比例大于10%，再进行一次抽样，否则结束

###### FAST模式规则（过期key比例小于10%不执行 ） ######

1.  执行频率受beforeSleep()调用频率影响，但两次FAST模式间隔不低于2ms
2.  执行清理耗时不超过1ms
3.  逐个遍历db，逐个遍历db中的bucket，抽取20个key判断是否过期
4.  如果没达到时间上限（1ms）并且过期key比例大于10%，再进行一次抽样，否则结束

#### 小总结 ####

RedisKey的TTL记录方式：

> 在RedisDB中通过一个Dict记录每个Key的TTL时间

过期key的删除策略：

> 惰性清理：每次查找key时判断是否过期，如果过期则删除
> 
> 定期清理：定期抽样部分key，判断是否过期，如果过期则删除。

定期清理的两种模式：

> SLOW模式执行频率默认为10，每次不超过25ms
> 
> FAST模式执行频率不固定，但两次间隔不低于2ms，每次耗时不超过1ms

### 淘汰策略 ###

内存淘汰：就是当Redis内存使用达到设置的上限时，主动挑选部分key删除以释放更多内存的流程。Redis会在处理客户端命令的方法processCommand()中尝试做内存淘汰：

![1653983978671][]

淘汰策略

Redis支持8种不同策略来选择要删除的key：

*  noeviction： 不淘汰任何key，但是内存满时不允许写入新数据，默认就是这种策略。
 *  volatile-ttl： 对设置了TTL的key，比较key的剩余TTL值，TTL越小越先被淘汰
 *  allkeys-random：对全体key ，随机进行淘汰。也就是直接从db->dict中随机挑选
 *  volatile-random：对设置了TTL的key ，随机进行淘汰。也就是从db->expires中随机挑选。
 *  allkeys-lru： 对全体key，基于LRU算法进行淘汰
 *  volatile-lru： 对设置了TTL的key，基于LRU算法进行淘汰
 *  allkeys-lfu： 对全体key，基于LFU算法进行淘汰
 *  volatile-lfu： 对设置了TTL的key，基于LFI算法进行淘汰

比较容易混淆的有两个：

*  LRU（Least Recently Used），最少最近使用。用当前时间减去最后一次访问时间，这个值越大则淘汰优先级越高。
 *  LFU（Least Frequently Used），最少频率使用。会统计每个key的访问频率，值越小淘汰优先级越高。

Redis的数据都会被封装为RedisObject结构：

![1653984029506][]

LFU的访问次数之所以叫做**逻辑访问次数**，是因为并不是每次key被访问都计数，而是通过运算：

*  生成0~1之间的随机数R
 *  计算 `1/(旧次数 * lfu_log_factor + 1)`，记录为P, `lfu_log_factor`默认为10
 *  如果 R < P ，则计数器 `+ 1`，且最大不超过255
 *  访问次数会随时间衰减，距离上一次访问时间每隔 `lfu_decay_time` 分钟，计数器 `-1`

最后用一副图来描述当前的这个流程吧

![1653984085095][]

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