Redis第五讲 Redis内存淘汰策略之LRU与LFU算法详细介绍

前面介绍了Redis的一些内存淘汰策略，一般比较常用的两种淘汰策略为LRU,LFU，而且他们的算法考察的也比较多。

LRU(最近最久未使用)

标准LRU算法是这样的：它把数据存放在链表中按照“最近访问”的顺序排列，当某个key被访问时就将此key移动到链表的头部，保证了最近访问过的元素在链表的头部或前面。当链表满了之后，就将"最近最久未使用"的，即链表尾部的元素删除，再将新的元素添加至链表头部。其中LinkedHashMapt就可以通过访问的顺序来实现LRU算法。

一般的LRU的做法如下：
1、为每个节点设置一个prev前继节点指针和next后继节点指针，将所有节点通过这两个指针连接成一个链表，链表有着head和tail节点。
2、用一个哈希表将key和对应的节点存放起来，用来快速的找到key对应的节点
3、当通过key访问对应的节点的时候，通过哈希表查询key得到对应的节点。然后通过节点的的prev和next指针将节点从链表中移除，并将节点放到链表的头部中。
4、当新加入key和节点的时候，如果对应的链表已经满了，就将尾部的节点去除，然后将新节点加入到链表的头部。

从上述流程可以看出，基于链表和哈希表的LRU需要设置prev指针、next指针、以及hash表中的key和value的指针，这是一个很大的内存开销。

因为标准LRU算法需要消耗大量的内存，所以Redis采用了一种近似LRU的做法 给每个key增加一个大小为24bit的属性字段，代表最后一次被访问的时间戳。然后随机采样出5个key，淘汰掉最旧的key，直到Redis占用内存小于maxmemory为止。其中随机采样的数量可以通过Redis配置文件中的 maxmemory_samples 属性来调整，默认是5，采样数量越大越接近于标准LRU算法，但也会带来性能的消耗。

这里为每一个key增加的24bit的属性字段来自于RedisObject，前面的redis数据结构里面也讲过redis中的每个数据的key和value都对应着一个redisObj对象。如果忘记了Redis的几种基本数据结构，可以参考我的这篇博客：Redis第一讲 Redis五种基本类型的底层数据结构

lru值还和内存回收有关系，如果redis打开了maxmemory选项，并且内存回收算法是volatile-lru或者allkeys-lru,当内存占用超过maxmemory指定的值得时候，redis会优先选择空转时间最长的对象进行释放。

redisObj中有一个属性 lru，lru是一个24位的数字，保存了一个时间戳，代表着一个对象最新被使用的时间。

redisServer中维护了一个lruclock属性来表示当前系统的时间戳，每隔100ms就会调用updateLRUClock()来更新server.lruclock的值。
当新建key或者访问key的时候，会将对应的redisObj.lru = server.lruclock。

用server.lruclock的值减去redisObj.lru的值就可以得到对应key的空闲时间了，但是当server.unixtime也就是当前系统时间大于REDIS_LRU_CLOCK_MAX的时候，会将server.lruclock从0开始计数，这就会出现redisObj.lru大于server.lruclock的情况，这种情况下如何算对应的空闲时间呢

//这里只是粗略的估计空闲时间，因为之前算server.lruclock()和redisObj.lru的时候，已将unixtime()/REDIS_LRU_CLOCK_RESOLUTION了，对应的精度已经损失了。
unsigned  long  long  estimateObjectIdleTime(robj *o) {
     unsigned  long  long  lruclock = LRU_CLOCK();
     //正常情况，server.lruclock()还未转完一圈
     if  (lruclock >= o->lru) {
         return  (lruclock - o->lru) * REDIS_LRU_CLOCK_RESOLUTION;
     }  else  { server.lrucloc