引言

Redis 緩存使用內(nèi)存來(lái)保存數(shù)據(jù)，隨著需要緩存的數(shù)據(jù)量越來(lái)越大，有限的緩存空間不可避免地會(huì)被寫滿。此時(shí)，應(yīng)該怎么辦？本篇文章接下來(lái)就來(lái)聊聊緩存滿了之后的數(shù)據(jù)淘汰機(jī)制。

值得注意的是，在 Redis 中?過(guò)期策略 和 內(nèi)存淘汰策略 是兩個(gè)完全不同的概念。Redis 過(guò)期策略指的是 Redis 使用哪種策略，來(lái)刪除已經(jīng)過(guò)期的鍵值對(duì)；而內(nèi)存淘汰機(jī)制指的是當(dāng) Redis 運(yùn)行內(nèi)存已經(jīng)超過(guò)設(shè)置的最大內(nèi)存之后，將采用什么策略來(lái)刪除符合條件的鍵值對(duì)，以此來(lái)保障 Redis 高效的運(yùn)行。

Redis 最大運(yùn)行內(nèi)存

只有在 Redis 的運(yùn)行內(nèi)存達(dá)到了某個(gè)閥值，才會(huì)觸發(fā)內(nèi)存淘汰機(jī)制，這個(gè)閥值就是我們?cè)O(shè)置的最大運(yùn)行內(nèi)存，此值在 Redis 的配置文件中可以找到，配置項(xiàng)為?maxmemory。

內(nèi)存淘汰執(zhí)行流程，如下圖所示：

查詢最大運(yùn)行內(nèi)存

我們可以使用命令?config get maxmemory?來(lái)查看設(shè)置的最大運(yùn)行內(nèi)存，命令如下：

127.0.0.1:6379>?config?get?maxmemory
1)?"maxmemory"
2)?"0"

我們發(fā)現(xiàn)此值竟然是 0，這是 64 位操作系統(tǒng)默認(rèn)的值，當(dāng) maxmemory 為 0 時(shí)，表示沒(méi)有內(nèi)存大小限制。

注意：32 位操作系統(tǒng)，默認(rèn)的最大內(nèi)存值是 3GB。

內(nèi)存淘汰策略

查看 Redis 內(nèi)存淘汰策略

我們可以使用?config get maxmemory-policy?命令，來(lái)查看當(dāng)前 Redis 的內(nèi)存淘汰策略，命令如下：

127.0.0.1:6379>?config?get?maxmemory-policy
1)?"maxmemory-policy"
2)?"noeviction"

可以看出此 Redis 使用的是 noeviction 類型的內(nèi)存淘汰機(jī)制，它表示當(dāng)運(yùn)行內(nèi)存超過(guò)最大設(shè)置內(nèi)存時(shí)，不淘汰任何數(shù)據(jù)，但新增操作會(huì)報(bào)錯(cuò)。

內(nèi)存淘汰策略分類

早期版本的 Redis 有以下 6 種淘汰策略：

noeviction：不淘汰任何數(shù)據(jù)，當(dāng)內(nèi)存不足時(shí)，新增操作會(huì)報(bào)錯(cuò)，Redis 默認(rèn)內(nèi)存淘汰策略；

allkeys-lru：淘汰整個(gè)鍵值中最久未使用的鍵值；

allkeys-random：隨機(jī)淘汰任意鍵值;

volatile-lru：淘汰所有設(shè)置了過(guò)期時(shí)間的鍵值中最久未使用的鍵值；

volatile-random：隨機(jī)淘汰設(shè)置了過(guò)期時(shí)間的任意鍵值；

volatile-ttl：優(yōu)先淘汰更早過(guò)期的鍵值。

在 Redis 4.0 版本中又新增了 2 種淘汰策略：

volatile-lfu：淘汰所有設(shè)置了過(guò)期時(shí)間的鍵值中，最少使用的鍵值；

allkeys-lfu：淘汰整個(gè)鍵值中最少使用的鍵值。

其中?allkeys-xxx?表示從所有的鍵值中淘汰數(shù)據(jù)，而?volatile-xxx?表示從設(shè)置了過(guò)期鍵的鍵值中淘汰數(shù)據(jù)。

修改 Redis 內(nèi)存淘汰策略

設(shè)置內(nèi)存淘汰策略有兩種方法，這兩種方法各有利弊，需要使用者自己去權(quán)衡。

方式一：通過(guò)“config set maxmemory-policy 策略”命令設(shè)置。它的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)置之后立即生效，不需要重啟 Redis 服務(wù)，缺點(diǎn)是重啟 Redis 之后，設(shè)置就會(huì)失效。

方式二：通過(guò)修改 Redis 配置文件修改，設(shè)置“maxmemory-policy 策略”，它的優(yōu)點(diǎn)是重啟 Redis 服務(wù)后配置不會(huì)丟失，缺點(diǎn)是必須重啟 Redis 服務(wù)，設(shè)置才能生效。

內(nèi)存淘汰算法

從內(nèi)存淘汰策略分類上，我們可以得知，除了隨機(jī)刪除和不刪除之外，主要有兩種淘汰算法：LRU 算法和?LFU 算法。

LRU 算法

LRU 全稱是 Least Recently Used 譯為最近最少使用，是一種常用的頁(yè)面置換算法，選擇最近最久未使用的頁(yè)面予以淘汰。

1. LRU 算法實(shí)現(xiàn)

LRU 算法需要基于鏈表結(jié)構(gòu)，鏈表中的元素按照操作順序從前往后排列，最新操作的鍵會(huì)被移動(dòng)到表頭，當(dāng)需要內(nèi)存淘汰時(shí)，只需要?jiǎng)h除鏈表尾部的元素即可。

2. 近 LRU 算法

Redis 使用的是一種近似 LRU 算法，目的是為了更好的節(jié)約內(nèi)存，它的實(shí)現(xiàn)方式是給現(xiàn)有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)添加一個(gè)額外的字段，用于記錄此鍵值的最后一次訪問(wèn)時(shí)間，Redis 內(nèi)存淘汰時(shí)，會(huì)使用隨機(jī)采樣的方式來(lái)淘汰數(shù)據(jù)，它是隨機(jī)取 5 個(gè)值（此值可配置），然后淘汰最久沒(méi)有使用的那個(gè)。

3. LRU 算法缺點(diǎn)

LRU 算法有一個(gè)缺點(diǎn)，比如說(shuō)很久沒(méi)有使用的一個(gè)鍵值，如果最近被訪問(wèn)了一次，那么它就不會(huì)被淘汰，即使它是使用次數(shù)最少的緩存，那它也不會(huì)被淘汰，因此在 Redis 4.0 之后引入了 LFU 算法，下面我們一起來(lái)看。

LFU 算法

LFU 全稱是 Least Frequently Used 翻譯為最不常用的，最不常用的算法是根據(jù)總訪問(wèn)次數(shù)來(lái)淘汰數(shù)據(jù)的，它的核心思想是“如果數(shù)據(jù)過(guò)去被訪問(wèn)多次，那么將來(lái)被訪問(wèn)的頻率也更高”。

LFU 解決了偶爾被訪問(wèn)一次之后，數(shù)據(jù)就不會(huì)被淘汰的問(wèn)題，相比于 LRU 算法也更合理一些。

在 Redis 中每個(gè)對(duì)象頭中記錄著 LFU 的信息，源碼如下：

typedef?struct?redisObject?{
????unsigned?type:4;
????unsigned?encoding:4;
????unsigned?lru:LRU_BITS;?/*?LRU?time?(relative?to?global?lru_clock)?or
????????????????????????????*?LFU?data?(least?significant?8?bits?frequency
????????????????????????????*?and?most?significant?16?bits?access?time).?*/
????int?refcount;
????void?*ptr;
}?robj;

在 Redis 中 LFU 存儲(chǔ)分為兩部分，16 bit 的 ldt（last decrement time）和 8 bit 的 logc（logistic counter）。

logc 是用來(lái)存儲(chǔ)訪問(wèn)頻次，8 bit 能表示的最大整數(shù)值為 255，它的值越小表示使用頻率越低，越容易淘汰；

ldt 是用來(lái)存儲(chǔ)上一次 logc 的更新時(shí)間。

總結(jié)

綜上所述我們了解到，Redis 內(nèi)存淘汰策略和過(guò)期回收策略是完全不同的概念，內(nèi)存淘汰策略是解決 Redis 運(yùn)行內(nèi)存過(guò)大的問(wèn)題的，通過(guò)與?maxmemory?比較，決定要不要淘汰數(shù)據(jù)，根據(jù)?maxmemory-policy?參數(shù)，決定使用何種淘汰策略，在 Redis 4.0 之后已經(jīng)有?8 種淘汰策略了，默認(rèn)的策略是?noeviction?當(dāng)內(nèi)存超出時(shí)不淘汰任何鍵值，只是新增操作會(huì)報(bào)錯(cuò)。

編輯：黃飛

?