redis面试：redis的内存管理

redis主要通过控制内存上限和回收策略实现内存管理

控制内存上限

redis可以通过maxmemory 参数来控制可用内存。限制内存的目的主要有：

• 用于缓存场景，当超出内存上限maxmemory时使用LRU等删除策略释放空间
• 防止所用内存超过服务器物理内存。
  • 需要注意的是，maxmemory限制的是redis实际使用的内存量，也就是used_memory统计项对应的内存。
  • 由于内存碎片率的存在，实际消耗的内存可能会比maxmemory设置的更大，实际使用时需要小心这部分内存溢出

动态调整内存上限

redis的内存上限可以通过config set maxmemory进行动态修改，即修改最大可用内存，比如：

Redis-1>config set maxmemory 6GB

通过动态修改maxmemory，可以实现当前服务器下动态伸缩redis内存的目的。

注意：

• redis默认无限使用服务器内存。为防止极端情况下导致内存耗尽，建议所有的redis进程都要配置Redis
• 在保证物理内存可用的情况下，系统中所有redis实例可以通过调整maxmemory参数来达到自由伸缩内存的目的

内存回收策略

redis的内存回收机制主要体现在如下两个方面：

• 删除到达过期时间的键对象
• 内存使用达到maxmemory上限时触发内存溢出过期控制策略

关于：redis的过期策略和内存淘汰策略

一开始总会把这两个问题搞混淆了。一句话简单解释一下：
过期策略：已经过期的key删除方案。【定期删除和惰性过期】
淘汰策略：内存不够用的时候的处理方案。【就是常说的LRU算法】

Redis过期策略

我们都知道，Redis是key-value数据库，我们可以设置Redis中缓存的key的过期时间。redis的过期策略就是指当redis中缓存的key过期了，redis如何处理

过期策略通常有三种：

• 定时过期
• 惰性过期
• 定期过期

定时过期（redis没有使用这种方法）

• redis所有的键都可以设置过期属性，内存保存在过期字典中。
• 每个设置过期时间的key都需要创建一个定时器，到过期时间就会立即清除。
• 该策略可以立即清除过期的数据，对内存很友好；但是会占用大量的CPU资源去处理过期的数据，从而影响缓存的响应时间和吞吐量

• 由于进程内保存大量的键，维护每个键的精准过期删除机制会导致消耗大量的CPU，对于单线程的redis来说成本太大
• 因此redis采用惰性删除和定时任务删除机制实现过期键的内存回收，没有采用这种方法

惰性过期

• 只有当客户端访问一个key时，才会判断该key是否已经过期，过期则清除并返回空
• 这种策略是出于节省CPU成本考虑，不需要单独维护TTL链表来处理过期键的删除，但是对内存非常不友好。
• 极端情况可能出现大量的过期key没有再次被访问，从而不会被清除，占用大量内存

因此，Redis还提供另一种定时任务删除机制作为惰性删除的补充。

定期过期

• redis内部维护一个定时任务，默认每秒运行20次（通过配置hz控制）。
• 每隔一定的时间，会扫描一定数量的数据库的expires字典中一定数量的key，并清除其中已经过期的key
• 该策略是前两者的一个折中方案。
• 定时任务中删除过期键逻辑采用了自适应算法，根据键的过期比例，使用快慢这两种速率模式回收键。通过调整定时扫描的时间间隔和每次扫描的限定耗时，可以在不同情况下使得CPU和内存资源达到最优的平衡效果。

redis 会将每个设置了过期时间的 key 放入到一个独立的字典中，以后会定期遍历这个字典来删除到期的 key。

redis默认会每秒进行十次过期扫描（100ms一次），过期扫描不会遍历过期字典中所有的key，而是采用了一种简单的贪心策略

• 从过期字典中随机20个key
• 删除这30个key中已经过期的key
• 如果过期的 key 比率超过 1/4，那就重复步骤 1；

redis默认是每隔 100ms就随机抽取一些设置了过期时间的key，检查其是否过期，如果过期就删除。注意这里是随机抽取的。为什么要随机呢？你想一想假如 redis 存了几十万个 key ，每隔100ms就遍历所有的设置过期时间的 key 的话，就会给 CPU 带来很大的负载。

总结

• Redis中同时使用了惰性过期和定期过期两种过期策略。
• 定期删除是集中处理，惰性删除是零散处理。

Redis的内存淘汰策略

有了以上过期策略的说明后，就很容易理解为什么需要淘汰策略了。因为不管是定期采样删除还是惰性删除都不是一种完全精准的删除，还是会存在一个key没有被删除的场景，所以就需要内存淘汰策略进行补充。

内存淘汰策略

当redis所用内存达到maxmemory上限时会触发相应的溢出控制策略。具体策略受maxmemory-policy参数控制，Redis支持6种策略。

• noeviction：默认策略，不会删除任何数据，拒绝所有写入操作并返回客户端错误信息
• allkeys-lru： 加入键的时候，如果过限，首先通过LRU算法驱逐最久没有使用的键（不管数据有没有设置超时属性），直到腾出足够空间为止
• volatile-lru：
  • 加入键的时候，如果过限，首先从设置了过期时间的键集合中驱逐最久没有使用的键，直到腾出足够空间为止。
  • 如果没有可删除的键对象，回退到noeviction策略
• allkeys-random：加入键的时候，如果过限，随机删除所有键，直到腾出足够空间为止。
• volatile-random：加入键的时候如果过限，随机删除过期键，直到腾出足够空间为止。
• volatile-ttl：从配置了过期时间的键中驱逐马上就要过期的键
• volatile-lfu：从所有配置了过期时间的键中驱逐使用频率最少的键
• allkeys-lfu：从所有键中驱逐使用频率最少的键

内存溢出控制策略可以采用config set maxmemory-policy{policy}动态配置。Redis支持丰富的内存溢出应对策略，可以根据实际需求灵活定制

如何配置

我们通过配置redis.conf中的maxmemory这个值来开启内存淘汰功能。

# maxmemory

值得注意的是，maxmemory为0的时候表示我们对Redis的内存使用没有限制。

根据应用场景，选择淘汰策略

# maxmemory-policy noeviction

我们来了解下，内存淘汰的过程

• 首先，客户端发起了需要申请更多内存的命令（如set）。
• 然后，Redis检查内存使用情况，如果已使用的内存大于maxmemory则开始根据用户配置的不同淘汰策略来淘汰内存（key），从而换取一定的内存。
• 最后，如果上面都没问题，则这个命令执行成功。

此外，redis支持动态改配置，无需重启。

config set maxmemory 100000

config set maxmemory-policy noeviction

总结

Redis的内存淘汰策略的选取并不会影响过期的key的处理。

• 内存淘汰策略用于处理内存不足时的需要申请额外空间的数据；
• 过期策略用于处理过期的缓存数据。

https://www.cnblogs.com/alsf/p/9399009.html
https://www.jianshu.com/p/8aa619933ebb
https://redis.io/topics/lru-cache
https://zhuanlan.zhihu.com/p/105587132