Redis 过期策略与内存淘汰策略总结

个人学习 Redis 的总结学习笔记，参考资料都在文末给出，建议阅读
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键的过期时间

Redis 可以为每个键设置过期时间，当键过期时，会自动删除该键。

对于散列表这种容器，只能为整个键设置过期时间（整个散列表），而不能为键里面的单个元素设置过期时间。

判定

存在一个过期字典，存放着对应键的过期时间（什么时候）或者生存时间（生存多久）。

1. 检查给定键是否存在于过期字典：如果存在，那么取得键的过期时间。
2. 检查当前时间戳是否大于键的过期时间。

在主从模式中，如果一个键在主服务器中被标记为过期，而从服务器中该键并未被标记过期。此时客户端可以通过从服务器获得该键，但是对该键的处理会提交给主服务器，主服务器发现该键已过期，将会告知客户端，并让从服务器把该键也标记为过期。

删除策略

redis 中使用的是惰性删除 + 定期删除。

定时删除

设置键的过期时间同时，创建一个定时器，让定时器在键的过期时间来临时，立即执行对键的删除操作。

• 内存友好

  保证过期键会尽可能快地被删除，并释放所占用的内存

• CPU时间不友好

  如果过期键较多，删除键时所占用时间就会增多，影响服务器的响应时间和吞吐量。

惰性删除

所有读写数据库的 Redis 命令在执行之前都会调用一个函数对输入键进行检查。每次从键空间中获取键时，检查取得的键是否过期，如果已过期，就删除该键，未过期则返回该键。

• CPU友好

  程序只会在取出键时才对键进行过期检查，这可以保证删除过期键的操作只会必要时进行，仅在当前的键花费CPU时间。

• 内存不友好

  过期的键会被保存在内存中得不到处理，直至被调用之前会一直占用内存空间，浪费太多内存，容易造成内存泄漏。

定期删除

是定时删除和惰性删除的整合和折中。

在规定时间内，分多次遍历服务器中的各个数据库，将每一次遍历结束的数据库记录下来作为下一次遍历的起点，从过期字典中随机检查一部分键的过期时间，并删除其中的过期键。

优点

• 通过限制删除操作执行的时间和频率来减少删除操作对CPU时间的影响。

• 减少了因为过期键过多带来的内存浪费。

难点

• 操作时间过于频繁或过长，会退化成定时删除策略。
• 操作次数太少或时间过短，会退化成惰性策略。

数据淘汰策略

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。

Redis 具体有 6 种淘汰策略：

策略	描述
volatile-lru	从已设置过期时间的数据集中挑选最近最少使用的数据淘汰
volatile-ttl	从已设置过期时间的数据集中挑选将要过期的数据淘汰
volatile-random	从已设置过期时间的数据集中任意选择数据淘汰
allkeys-lru	从所有数据集中挑选最近最少使用的数据淘汰
allkeys-random	从所有数据集中任意选择数据进行淘汰
noeviction	禁止驱逐数据

作为内存数据库，出于对性能和内存消耗的考虑，Redis 的淘汰算法实际实现上并非针对所有 key，而是抽样一小部分并且从中选出被淘汰的 key。

使用 Redis 缓存数据时，为了提高缓存命中率，需要保证缓存数据都是热点数据。可以将内存最大使用量设置为热点数据占用的内存量，然后启用 allkeys-lru 淘汰策略，将最近最少使用的数据淘汰。

Redis 4.0 引入了 volatile-lfu 和 allkeys-lfu 淘汰策略，LFU 策略通过统计访问频率，将访问频率最少的键值对淘汰。

如何选取合适的策略？

比较推荐的是两种lru策略。根据自己的业务需求。如果你使用Redis只是作为缓存，不作为DB持久化，那推荐选择allkeys-lru；如果你使用Redis同时用于缓存和数据持久化，那推荐选择volatile-lru。

拓展阅读

《Redis 五大数据类型》

《Redis 跳表与实现》

《说说 Redis 中的字典？》

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参考资料

《Redis设计与实践》
cyc2018