Redis的过期键删除策略和内存淘汰机制

一、过期键的判定

通过过期字典，程序可以用以下步骤检查一个给定键的过期时间：
（1）检查给定键是否存在于过期字典；如果存在就取出来过期时间；
（2）检查当前的UNIX时间戳是否大于键的过期时间，如果是的话，那么键过期，否则键未过期。
伪代码过程：

二、过期键删除策略

1.定时删除（主动删除）

需要让服务器创建大量定时器，从而达到定时删除，不现实。一般不用

概念：在设计过期时间的时候，创建一个定时器，让定时器在键过期时间来临的时候，执行删除操作。
优点：对内存友好，保证内存被尽快释放。
缺点：
1)若过期key很多，删除这些key会占用很多的CPU时间，在CPU时间紧张的情况下，CPU不能把所有的时间用来做要紧的事儿（应该优先处理客户端的请求），还需要去花时间删除这些key。
2)定时器的创建耗时，若为每一个设置过期时间的key创建一个定时器（将会有大量的定时器产生），性能影响严重。

2.惰性删除（被动删除策略）

概念：放任过期键，从键空间中获取键，检查键是否过期，如果过期，就删除，如过没有过期，就放回。
优点：对cpu最友好：程序只会取出键时才会对键进行过期检查，这可以保证删除过期键的操作只会在非做不可的情况下进行，并且删除的目标仅限于当前处理的键，这个策略不会在删除其他无关的过期键上浪费cpu时间。
缺点：对内存不友好：大量的key在超出超时时间后，很久一段时间内，都没有被获取过，那么可能发生内存泄露（无用的垃圾占用了大量的内存）

2.定期删除（主动删除策略）

定期删除策略是对前面两种策略的整合和折中

概念： 每隔一段时间，程序就会对数据库做一些检查，删除里面的过期键。至于要删除那些过期键，以及检查多少数据库由算法决定。
优点：
（1）定 期删除测每隔一段时间执行一次删除策略，并通过限制删除策略的时间和频率来减少删除操作对cpu时间上的影响。
（2）有限的降低了过期键带来的内存浪费。
难点：确定执行的时长和频率
（1）如果删除操作执行太过频繁，或者执行时间太长。就会退化成定时删除，以至于占用cpu的时间过长。
（2）如果执行时间过短或者频率太低，就会退化成惰性删除，出现浪费内存的情况。

三、Redis的过期键删除策略

Redis服务器实际使用惰性删除和定期删除，配合使用吗，很好的在cpu的使用和避免浪费空间之间取得平衡。

1.惰性删除策略

2.定期删除策略的实现

四、Redis 内存淘汰机制

1.原因

作为一个内存数据库，redis是由内存限制的，为了保证更高的命中率，会采用内存淘汰机制。
Redis可以设置内存大小：

#maxmemory <bytes>
# 设置Redis最大占用内存大小为100
maxmemory 100mb

超过了这个内存大小，就会触发内存淘汰机制

2.策略

1）noeviction： 不删除，直接返回报错信息。
2）allkeys-lru：移除最久未使用（使用频率最少）使用的key。推荐使用这种。
3）volatile-lru：在设置了过期时间的key中，移除最久未使用的key。
4）allkeys-random：随机移除某个key。
5）volatile-random：在设置了过期时间的key中，随机移除某个key。
6）volatile-ttl： 在设置了过期时间的key中，移除准备过期的key。
7）allkeys-lfu：移除最近最少使用的key。
8）volatile-lfu：在设置了过期时间的key中，移除最近最少使用的key。
注释：
LRU和LFU的区别：

（1）LRU是最近最少使用页面置换算法(Least Recently Used),也就是首先淘汰最长时间未被使用的页面!
比如有数据 1，1，1，2，2，3
此时缓存中已有（1，2）
当3加入的时候，得把前面的1淘汰，变成（3，2）

（2）LFU是最近最不常用页面置换算法(Least Frequently Used),也就是淘汰一定时期内被访问次数最少的页!
比如有数据 1，1，1，2，2，3
缓存中有（1(3次)，2(2次)）
当3加入的时候，得把后面的2淘汰，变成（1(3次)，3(1次)）

3.应用场景

allkeys-lru：如果我们的应用对缓存的访问符合幂律分布（也就是存在相对热点数据），或者我们不太清楚我们应用的缓存访问分布状况，我们可以选择allkeys-lru策略。

allkeys-random：如果我们的应用对于缓存key的访问概率相等，则可以使用这个策略。

volatile-ttl：这种策略使得我们可以向Redis提示哪些key更适合被删除。