Redis之内存淘汰机制和过期策略

之前的文章聊了一下redis的基本数据结构和两种特殊的数据结构，这篇文章主要分析一下redis的内存淘汰机制和缓存过期策略。

缓存就是第一次请求数据库之后直接将取到的数据放到内存中，然后每次从内存中取数据，从而加快了速度，直接的提高了程序的性能。那么也带了一个问题，随着数据越来越多内存占用就会越来越大，因为内存是有限的，如果不约定一些内存淘汰机制和过期策略，内存很快就会被撑爆了。

内存回收机制

因为C语言不具备内存自动回收的功能，所以redis在自己的对象系统中构建了一个引用计数技术实现的内存回收机制，通过这一机制，程序可以通过跟踪对象的引用计数信息，在适当的时候自动释放对象并进行内存回收

typedef struct redisObject {

    // 引用计数
    int refcount;
    
} robj;

对象的引用计数信息会随着对象的使用状态不断变化：

• 创建对象的时候，引用计数的值会被初始化为1
• 当对象被一个新程序使用时，它的引用计数值会被+1
• 当对象不再被一个程序使用时，它的引用计数值会被-1
• 当对象的引用计数值变为0时，对象所占用的内存会被释放

内存淘汰机制

Redis在使用内存达到某个阈值（通过maxmemory配置)的时候，就会触发内存淘汰机制，选取一些key来删除。内存淘汰有许多策略，下面分别介绍这几种不同的策略。

# maxmemory <bytes> 配置内存阈值
# maxmemory-policy noeviction 

• noeviction：当内存不足以容纳新写入数据时，新写入操作会报错。默认策略
• allkeys-lru：当内存不足以容纳新写入数据时，在键空间中，移除最近最少使用的key。
• allkeys-random：当内存不足以容纳新写入数据时，在键空间中，随机移除某个key。
• volatile-lru：当内存不足以容纳新写入数据时，在设置了过期时间的键空间中，移除最近最少使用的key。
• volatile-random：当内存不足以容纳新写入数据时，在设置了过期时间的键空间中，随机移除某个key。
• volatile-ttl：当内存不足以容纳新写入数据时，在设置了过期时间的键空间中，有更早过期时间的key优先移除。

在平时的业务开发中推荐使用allkeys-lru和volatile-lru两种过期策略。

LRU是Least Recently Used的缩写，即最近最少使用。LRU源于操作系统的一种页面置换算法，选择最近最久未使用的页面予以淘汰。在Redis里，就是选择最近最久未使用的key进行删除。

过期策略

用过redis的都知道，设置key的时候可以设置key的过期时间，那么key到了约定的过期时间就会立即失效吗？答案：不是的。

Redis是使用定期删除+惰性删除两者配合的过期策略。

• 定期删除

所谓定期删除，redis是这样子做的。每隔100ms就会随机抽取扫描设置了过期时间的key，判断这些key是不是已经过期了，如果过期了就删除。那为什么不直接删除掉所有过期的key呢？因为key量很大的时候全盘扫描key会很消耗性能，所以还需要配合惰性删除。

• 惰性删除

所谓惰性删除不再是主动删除。就是客户端请求某个key的时候，redis会去判断key是否失效，如果失效了就删除，没失效就返回给客户端。所以惰性删除可以解决一些过期了，但没被定期删除随机抽取到的key。但有些过期的key既没有被随机抽取，也没有被客户端访问，就会一直保留在数据库，占用内存，长期下去可能会导致内存耗尽。所以可以使用上面提到的内存淘汰机制来解决。

持久化时对过期key的处理

• RDB

在持久化key之前会检查key是否过期，如果key已过期，就不会持久化到RDB中。同理，从RDB恢复数据时也会检查key是否过期，如果过期了也不会恢复到数据库中。

• AOF

在持久化key之前，key已经失效但是没有执行del命令，不会持久化到AOF中（因为没有在AOF中追加del命令）。当key已经失效执行了del命令的时候，会在AOF中追加一条del命令（在将来的以aof文件恢复数据的时候该过期的键就会被删掉）。重写时，会先判断key是否过期，已过期的key不会重写到aof文件。