引言

Redis 緩存使用內存來保存數據，隨著需要緩存的數據量越來越大，有限的緩存空間不可避免地會被寫滿。此時，應該怎么辦？本篇文章接下來就來聊聊緩存滿了之后的數據淘汰機制。

值得注意的是，在 Redis 中?過期策略 和 內存淘汰策略 是兩個完全不同的概念。Redis 過期策略指的是 Redis 使用哪種策略，來刪除已經過期的鍵值對；而內存淘汰機制指的是當 Redis 運行內存已經超過設置的最大內存之后，將采用什么策略來刪除符合條件的鍵值對，以此來保障 Redis 高效的運行。

Redis 最大運行內存

只有在 Redis 的運行內存達到了某個閥值，才會觸發內存淘汰機制，這個閥值就是我們設置的最大運行內存，此值在 Redis 的配置文件中可以找到，配置項為?maxmemory。

內存淘汰執行流程，如下圖所示：

查詢最大運行內存

我們可以使用命令?config get maxmemory?來查看設置的最大運行內存，命令如下：

127.0.0.1:6379>?config?get?maxmemory
1)?"maxmemory"
2)?"0"

我們發現此值竟然是 0，這是 64 位操作系統默認的值，當 maxmemory 為 0 時，表示沒有內存大小限制。

注意：32 位操作系統，默認的最大內存值是 3GB。

內存淘汰策略

查看 Redis 內存淘汰策略

我們可以使用?config get maxmemory-policy?命令，來查看當前 Redis 的內存淘汰策略，命令如下：

127.0.0.1:6379>?config?get?maxmemory-policy
1)?"maxmemory-policy"
2)?"noeviction"

可以看出此 Redis 使用的是 noeviction 類型的內存淘汰機制，它表示當運行內存超過最大設置內存時，不淘汰任何數據，但新增操作會報錯。

內存淘汰策略分類

早期版本的 Redis 有以下 6 種淘汰策略：

noeviction：不淘汰任何數據，當內存不足時，新增操作會報錯，Redis 默認內存淘汰策略；

allkeys-lru：淘汰整個鍵值中最久未使用的鍵值；

allkeys-random：隨機淘汰任意鍵值;

volatile-lru：淘汰所有設置了過期時間的鍵值中最久未使用的鍵值；

volatile-random：隨機淘汰設置了過期時間的任意鍵值；

volatile-ttl：優先淘汰更早過期的鍵值。

在 Redis 4.0 版本中又新增了 2 種淘汰策略：

volatile-lfu：淘汰所有設置了過期時間的鍵值中，最少使用的鍵值；

allkeys-lfu：淘汰整個鍵值中最少使用的鍵值。

其中?allkeys-xxx?表示從所有的鍵值中淘汰數據，而?volatile-xxx?表示從設置了過期鍵的鍵值中淘汰數據。

修改 Redis 內存淘汰策略

設置內存淘汰策略有兩種方法，這兩種方法各有利弊，需要使用者自己去權衡。

方式一：通過“config set maxmemory-policy 策略”命令設置。它的優點是設置之后立即生效，不需要重啟 Redis 服務，缺點是重啟 Redis 之后，設置就會失效。

方式二：通過修改 Redis 配置文件修改，設置“maxmemory-policy 策略”，它的優點是重啟 Redis 服務后配置不會丟失，缺點是必須重啟 Redis 服務，設置才能生效。

內存淘汰算法

從內存淘汰策略分類上，我們可以得知，除了隨機刪除和不刪除之外，主要有兩種淘汰算法：LRU 算法和?LFU 算法。

LRU 算法

LRU 全稱是 Least Recently Used 譯為最近最少使用，是一種常用的頁面置換算法，選擇最近最久未使用的頁面予以淘汰。

1. LRU 算法實現

LRU 算法需要基于鏈表結構，鏈表中的元素按照操作順序從前往后排列，最新操作的鍵會被移動到表頭，當需要內存淘汰時，只需要刪除鏈表尾部的元素即可。

2. 近 LRU 算法

Redis 使用的是一種近似 LRU 算法，目的是為了更好的節約內存，它的實現方式是給現有的數據結構添加一個額外的字段，用于記錄此鍵值的最后一次訪問時間，Redis 內存淘汰時，會使用隨機采樣的方式來淘汰數據，它是隨機取 5 個值（此值可配置），然后淘汰最久沒有使用的那個。

3. LRU 算法缺點

LRU 算法有一個缺點，比如說很久沒有使用的一個鍵值，如果最近被訪問了一次，那么它就不會被淘汰，即使它是使用次數最少的緩存，那它也不會被淘汰，因此在 Redis 4.0 之后引入了 LFU 算法，下面我們一起來看。

LFU 算法

LFU 全稱是 Least Frequently Used 翻譯為最不常用的，最不常用的算法是根據總訪問次數來淘汰數據的，它的核心思想是“如果數據過去被訪問多次，那么將來被訪問的頻率也更高”。

LFU 解決了偶爾被訪問一次之后，數據就不會被淘汰的問題，相比于 LRU 算法也更合理一些。

在 Redis 中每個對象頭中記錄著 LFU 的信息，源碼如下：

typedef?struct?redisObject?{
????unsigned?type:4;
????unsigned?encoding:4;
????unsigned?lru:LRU_BITS;?/*?LRU?time?(relative?to?global?lru_clock)?or
????????????????????????????*?LFU?data?(least?significant?8?bits?frequency
????????????????????????????*?and?most?significant?16?bits?access?time).?*/
????int?refcount;
????void?*ptr;
}?robj;

在 Redis 中 LFU 存儲分為兩部分，16 bit 的 ldt（last decrement time）和 8 bit 的 logc（logistic counter）。

logc 是用來存儲訪問頻次，8 bit 能表示的最大整數值為 255，它的值越小表示使用頻率越低，越容易淘汰；

ldt 是用來存儲上一次 logc 的更新時間。

總結

綜上所述我們了解到，Redis 內存淘汰策略和過期回收策略是完全不同的概念，內存淘汰策略是解決 Redis 運行內存過大的問題的，通過與?maxmemory?比較，決定要不要淘汰數據，根據?maxmemory-policy?參數，決定使用何種淘汰策略，在 Redis 4.0 之后已經有?8 種淘汰策略了，默認的策略是?noeviction?當內存超出時不淘汰任何鍵值，只是新增操作會報錯。

編輯：黃飛

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