Redis的过期策略和内存淘汰机制

前言

Redis是基于内存存储数据的，相比MySQL能减少磁盘IO操作所带来的性能开销，但内存是有限的，例如Redis内存仅8G，你写入了10G，这个时候就需要清理掉2G数据，保留8G数据。那应该保留哪些数据，清除哪些数据，为什么有些数据过期了还占用着内存？这都是由Redis的过期策略来决定的。

一、Redis的过期策略

Redis的过期策略包含两种：定期删除和惰性删除。

1.1 定期删除

定期删除指的是Redis默认是每隔100ms随机抽取一些设置了过期时间的key，检查是否过期，如果过期就删除。

假设Redis里放了50W个key，都设置了过期时间，Redis每隔几百毫秒检查全部的key，那Redis很有可能就挂了，CPU负载会很高，都消耗在检查过期的key上。这里不是每隔100ms就遍历检查所有过期时间的key，那样就是一场性能灾难。实际上redis是每隔100ms就随机抽取一些key来检查和删除的。

1.2 惰性删除

惰性删除是指在你获取某个key的时候，redis会检查这个key如果设置了过期时间并且已经过期了，此时就会删除，不会返回任何数据。

​但是这样还有问题：如果定期删除漏掉了很多过期的key，然后你没及时去查，所以没走惰性删除。此时依旧有可能大量过期的key堆积在内存里，导致内存耗尽。

​ 这个时候就需要内存淘汰机制了。

二、内存淘汰机制

2.1 淘汰机制

1. noeviction： 当内存不足以容纳新写入数据时，新写入操作会报错。这个一般很少用。
2. allkeys-lru： 当内存不足以容纳新写入数据时，在键空间中，移除最近最少使用的key，这个是最常用的。
3. allkeys-random： 当内存不足以容纳新写入数据时，在键空间中，随机移除某个key。
4. volatile-lru： 当内存不足以容纳新写入数据时，在设置了过期时间的键空间中，移除最近最少使用的key。
5. volatile-random： 当内存不足以容纳新写入数据时，在设置了过期时间的键空间中，随机移除某个key。
6. volatile-ttl： 当内存不足以容纳新写入数据时，在设置了过期时间的键空间中，有更早过期时间的key优先移除。

2.2 LRU算法

上面的内存淘汰机制中，用到的是LRU算法：最近最少使用策略。实现LRU算法，大概的思路如下：

​维护一个有序单链表，越靠近链表尾部的节点是越早之前访问的。当有一个新的数据被访问时，我们从链表头开始顺序遍历链表：

1. 如果此数据之前已经被缓存在链表中了，我们遍历得到这个数据对应的节点，并将其从原来的位置删除，然后再插入到链表的头部。

2. 如果此数据没有在缓存链表中，又可以分为两种情况：
   1.如果此时缓存未满，则将此节点直接插入到链表的头部；
   2.如果此时缓存已满，则链表尾节点删除，将新的数据节点插入链表的头部。