【Redis】Redis内存过期策略和内存淘汰策略

【Redis】Redis内存过期策略和内存淘汰策略

1. 过期策略

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。

Redis中有两种常见的过期策略：

1. 惰性删除
2. 周期删除

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1.1 惰性删除

惰性删除：顾名思义并不是在 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，如果已经给过期才执行删除。这种策略减少了对每个键的访问检查，对 Redis 的性能更友好，但可能导致过期键在一段时间内仍保留在 Redis 中。

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1.2 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.

这种策略确保了键在过期后尽快从 Redis 中删除，但需要在每次访问时进行额外的检查，会对 Redis 的性能产生一定的影响。

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1.2.1 SLOW模式

SLOW模式的规则：

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%，则再进行一次抽样，否则结束。

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1.2.2 FAST模式

FAST模式的规则(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

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2. 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：

Redis支持8种不同的策略来选择要删除的key：

1. noeviction：不淘汰任何key，但是内存满时不允许写入新数据，默认策略。
2. volatile-ttl：对设置了TTL的key，比较key剩余的TTL值，TTL越小越先被淘汰。
3. 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。
4. 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。
5. allkeys-lru：对全体key，基于LRU算法进行淘汰。
6. volatile-lru：对设置了TTL的key，基于LRU算法进行淘汰。
7. allkeys-lfu：对全体key，基于LFU算法进行淘汰。
8. volatile-lfu：对设置了TTL的key，基于LFU算法进行淘汰

比较容易混淆的有两个：

1. 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，这个值越大则淘汰的优先级越高。
2. LFU(Least Frequently Used)：最少频率使用，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：

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：

1. 生成0~1之间的随机数R
2. 计算 (旧次数 * lfu_log_factor + 1)，记录为P
3. 如果 R < P ，则计数器 + 1，且最大不超过255
4. 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