[redis 源码走读] - maxmemory 数据淘汰策略

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redis 是内存数据库，可以通过 redis.conf 配置 maxmemory，限制 redis 内存使用量。当 redis 主库内存超出限制时，命令处理将会触发数据淘汰机制，淘汰（key-value）数据，直至当前内存使用量小于限制阈值。

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1. 数据淘汰策略概述

redis.conf

配置	描述
maxmemory	将内存使用限制设置为指定的字节数。

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redis 申请和回收内存基本上都是通过 zmalloc 接口统一管理的，可以通过接口统计 redis 的内存使用量。当 redis 超出了内存的使用限制 maxmemory，服务在处理命令时会触发 redis 内部的数据淘汰机制。淘汰目标数据一共有两种：

1. 数据库所有(key-value)数据。
2. 数据库所有被设置了过期时间的(key-value)数据。

aof 缓存，主从同步的积压缓冲区这些数据是不会被淘汰的，也没有计算在 maxmemory 里面。

针对这两种目标数据，它有几种淘汰策略：

1. 随机淘汰。
2. 先淘汰到期或快到期数据。
3. 近似 LRU 算法（最近最少使用）
4. 近似 LFU 算法 （最近使用频率最少）

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关于近似的 lru 和 lfu 淘汰策略，英文好的朋友，可以去看看 antirez 的这两篇文章： Using Redis as an LRU cache， Random notes on improving the Redis LRU algorithm ，redis.conf 也有不少阐述。再结合源码，基本能理解它们的实现思路。

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maxmemory 核心数据淘汰策略在函数 freeMemoryIfNeeded 中，可以仔细阅读这个函数的源码。

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2. 配置

当 redis.conf 配置了 maxmemory，可以根据配置采用相应的数据淘汰策略。volatile-xxx 这种类型配置，都是只淘汰设置了过期时间的数据，allkeys-xxx 淘汰数据库所有数据。如果 redis 在你的应用场景中，只是作为缓存，任何数据都可以淘汰，可以设置 allkeys-xxx。

配置	描述
noeviction	不要淘汰任何数据，大部分写操作会返回错误。
volatile-random	随机删除设置了过期时间的键。
allkeys-random	删除随机键，任何键。
volatile-ttl	删除最接近到期​​时间（较小的TTL）的键。
volatile-lru	使用近似的LRU淘汰数据，仅设置过期的键。
allkeys-lru	使用近似的LRU算法淘汰长时间没有使用的键。
volatile-lfu	在设置了过期时间的键中，使用近似的LFU算法淘汰使用频率比较低的键。
allkeys-lfu	使用近似的LFU算法淘汰整个数据库的键。

 
    #define MAXMEMORY_FLAG_LRU (1<<0)
    #define MAXMEMORY_FLAG_LFU (1<<1)
    #define MAXMEMORY_FLAG_ALLKEYS (1<<2)
    
    #define MAXMEMORY_VOLATILE_LRU ((0<<8)|MAXMEMORY_FLAG_LRU)
    #define MAXMEMORY_VOLATILE_LFU ((1<<8)|MAXMEMORY_FLAG_LFU)
    #define MAXMEMORY_VOLATILE_TTL (2<<8)
    #define MAXMEMORY_VOLATILE_RANDOM (3<<8)
    #define MAXMEMORY_ALLKEYS_LRU ((4<<8)|MAXMEMORY_FLAG_LRU|MAXMEMORY_FLAG_ALLKEYS)
    #define MAXMEMORY_ALLKEYS_LFU ((5<<8)|MAXMEMORY_FLAG_LFU|MAXMEMORY_FLAG_ALLKEYS)
    #define MAXMEMORY_ALLKEYS_RANDOM ((6<<8)|MAXMEMORY_FLAG_ALLKEYS)
    #define MAXMEMORY_NO_EVICTION (7<<8)

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3. 数据淘汰时机

在事件循环处理命令时触发检查

 
    int processCommand(client *c) {
        ...
        if (server.maxmemory && !server.lua_timedout) {
            int out_of_memory = freeMemoryIfNeededAndSafe() == C_ERR;
            if (server.current_client == NULL) return C_ERR;
    
            if (out_of_memory &&
                (c->cmd->flags & CMD_DENYOOM ||
                 (c->flags & CLIEN