Redis 缓存使用内存来保存数据,随着需要缓存的数据量越来越大,有限的缓存空间不可避免地会被写满。此时,应该怎么办?本篇文章接下来就来聊聊缓存满了之后的数据淘汰机制。
值得注意的是,在 Redis 中 过期策略 和 内存淘汰策略 是两个完全不同的概念。Redis 过期策略指的是 Redis 使用那种策略,来删除已经过期的键值对;而内存淘汰机制指的是当 Redis 运行内存已经超过设置的最大内存之后,将采用什么策略来删除符合条件的键值对,以此来保障 Redis 高效的运行。
只有在 Redis 的运行内存达到了某个阀值,才会触发内存淘汰机制,这个阀值就是我们设置的最大运行内存,此值在 Redis 的配置文件中可以找到,配置项为 maxmemory
。
内存淘汰执行流程,如下图所示:
我们可以使用命令 config get maxmemory
来查看设置的最大运行内存,命令如下:
127.0.0.1:6379> config get maxmemory
1) "maxmemory"
2) "0"
我们发现此值竟然是 0,这是 64 位操作系统默认的值,当 maxmemory 为 0 时,表示没有内存大小限制。
注意:32 位操作系统,默认的最大内存值是 3GB。
我们可以使用 config get maxmemory-policy
命令,来查看当前 Redis 的内存淘汰策略,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 类型的内存淘汰机制,它表示当运行内存超过最大设置内存时,不淘汰任何数据,但新增操作会报错。
早期版本的 Redis 有以下 6 种淘汰策略:
在 Redis 4.0 版本中又新增了 2 种淘汰策略:
其中
allkeys-xxx
表示从所有的键值中淘汰数据,而volatile-xxx
表示从设置了过期键的键值中淘汰数据。
设置内存淘汰策略有两种方法,这两种方法各有利弊,需要使用者自己去权衡。
从内测淘汰策略分类上,我们可以得知,除了随机删除和不删除之外,主要有两种淘汰算法:LRU 算法
和 LFU 算法
。
LRU 全称是 Least Recently Used 译为最近最少使用,是一种常用的页面置换算法,选择最近最久未使用的页面予以淘汰。
1. LRU 算法实现
LRU 算法需要基于链表结构,链表中的元素按照操作顺序从前往后排列,最新操作的键会被移动到表头,当需要内存淘汰时,只需要删除链表尾部的元素即可。
2. 近 LRU 算法
Redis 使用的是一种近似 LRU 算法,目的是为了更好的节约内存,它的实现方式是给现有的数据结构添加一个额外的字段,用于记录此键值的最后一次访问时间,Redis 内存淘汰时,会使用随机采样的方式来淘汰数据,它是随机取 5 个值(此值可配置),然后淘汰最久没有使用的那个。
3. LRU 算法缺点
LRU 算法有一个缺点,比如说很久没有使用的一个键值,如果最近被访问了一次,那么它就不会被淘汰,即使它是使用次数最少的缓存,那它也不会被淘汰,因此在 Redis 4.0 之后引入了 LFU 算法,下面我们一起来看。
LFU 全称是 Least Frequently Used 翻译为最不常用的,最不常用的算法是根据总访问次数来淘汰数据的,它的核心思想是“如果数据过去被访问多次,那么将来被访问的频率也更高”。
LFU 解决了偶尔被访问一次之后,数据就不会被淘汰的问题,相比于 LRU 算法也更合理一些。
在 Redis 中每个对象头中记录着 LFU 的信息,源码如下:
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 存储分为两部分,16 bit 的 ldt(last decrement time)和 8 bit 的 logc(logistic counter)。
ounter)。
综上所述我们了解到,Redis 内存淘汰策略和过期回收策略是完全不同的概念,内存淘汰策略是解决 Redis 运行内存过大的问题的,通过与 maxmemory
比较,决定要不要淘汰数据,根据 maxmemory-policy
参数,决定使用何种淘汰策略,在 Redis 4.0 之后已经有 8 种淘汰策略了,默认的策略是 noeviction
当内存超出时不淘汰任何键值,只是新增操作会报错。
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