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目錄

• 過期鍵刪除策略
• 內(nèi)存淘汰機(jī)制
• Redis 3.0 的淘汰機(jī)制——近似 LRU 算法
• Redis 4.0 的新增的淘汰機(jī)制——LFU 算法

過期鍵刪除策略

Redis 為管理內(nèi)存，對(duì)設(shè)置了過期時(shí)間的鍵采用了以下三種刪除策略：

1. 定時(shí)過期：

• 描述：為每個(gè)設(shè)置了過期時(shí)間的鍵創(chuàng)建一個(gè)定時(shí)器，到達(dá)過期時(shí)間立即清除。
• 優(yōu)點(diǎn)：對(duì)內(nèi)存很友好，過期數(shù)據(jù)能及時(shí)清除。
• 缺點(diǎn)：需要消耗大量的 CPU 資源來處理定時(shí)器，影響緩存響應(yīng)時(shí)間和吞吐量。

2. 惰性過期：

• 描述：只有在訪問某個(gè)鍵時(shí)才判斷其是否過期，過期則清除。
• 優(yōu)點(diǎn)：最大化節(jié)省 CPU 資源。
• 缺點(diǎn)：可能會(huì)有大量過期鍵未被訪問而占用內(nèi)存。

3. 定期刪除：

• 描述：每隔一定時(shí)間掃描 expires 字典中的部分鍵，清除過期鍵。
• 優(yōu)點(diǎn)：折中策略，通過調(diào)整掃描時(shí)間間隔和每次掃描數(shù)量，平衡 CPU 和內(nèi)存資源。

默認(rèn)使用惰性過期 (Lazy Expiration)和定期刪除 (Periodic Deletion) 兩者結(jié)合的方式，能夠在性能和內(nèi)存使用之間找到一個(gè)良好的平衡。

內(nèi)存淘汰機(jī)制

內(nèi)存限制設(shè)置

• Redis 可以通過參數(shù) maxmemory 設(shè)置內(nèi)存最大限制，從而避免 Redis 占滿機(jī)器的內(nèi)存，影響其他服務(wù)。
• 默認(rèn)值：
• maxmemory=0，表示沒有限制。
• 在 32 位系統(tǒng) 上，Redis 最大支持內(nèi)存為 3GB（32 位系統(tǒng)最大內(nèi)存為 4GB）。
• 在 64 位系統(tǒng) 上，Redis 的最大內(nèi)存限制為物理機(jī)的可用內(nèi)存。

Redis 的 maxmemory 參數(shù)和內(nèi)存淘汰機(jī)制，使其成為一種有效的緩存方案，是 Memcached 的有效替代方案。

常見策略

當(dāng)內(nèi)存達(dá)到 maxmemory 限制時(shí)，Redis 會(huì)按照 maxmemory-policy 啟動(dòng)相應(yīng)的淘汰策略，Redis 默認(rèn)的內(nèi)存淘汰策略是：noeviction。常見策略如下：

1. 針對(duì)設(shè)置了過期時(shí)間的鍵

• volatile-lru：僅對(duì)設(shè)置了過期時(shí)間的鍵，淘汰最近最少使用的鍵。
• volatile-ttl：僅對(duì)設(shè)置了過期時(shí)間的鍵，淘汰剩余時(shí)間最短的鍵。
• volatile-random：僅對(duì)設(shè)置了過期時(shí)間的鍵，隨機(jī)淘汰。
• volatile-lfu：僅對(duì)設(shè)置了過期時(shí)間的鍵，淘汰訪問頻率最低的鍵。

2. 針對(duì)所有鍵

• allkeys-lru：對(duì)所有鍵，淘汰最近最少使用的鍵。
• allkeys-random：對(duì)所有鍵，隨機(jī)淘汰。
• allkeys-lfu：對(duì)所有鍵，淘汰訪問頻率最低的鍵。

3. 無淘汰策略

• noeviction：不進(jìn)行淘汰，當(dāng)內(nèi)存超限時(shí)直接返回錯(cuò)誤。

Redis 3.0 的淘汰機(jī)制——近似 LRU 算法

LRU（Least Recently Used）優(yōu)化設(shè)計(jì)

Redis 的 LRU 算法經(jīng)過優(yōu)化，保證內(nèi)存占用與淘汰效果之間的平衡，體現(xiàn)了工程實(shí)現(xiàn)中對(duì) 空間與時(shí)間的折中。

注意：在主從復(fù)制模式（Replication）下，如果從節(jié)點(diǎn)達(dá)到 maxmemory 限制，不會(huì)記錄任何異常日志，但增量數(shù)據(jù)無法同步到從節(jié)點(diǎn)。

1. LRU 算法優(yōu)化

• Redis 3.0 的 LRU 算法是近似實(shí)現(xiàn)，并非精確 LRU。
• 為了平衡內(nèi)存占用與性能，Redis 在實(shí)現(xiàn) LRU 時(shí)使用了 采樣方法：
• 默認(rèn)從固定數(shù)量的鍵（由 maxmemory-samples 決定）中隨機(jī)挑選一定數(shù)量的鍵進(jìn)行比較，淘汰其中最符合 LRU 策略的鍵。
• 默認(rèn)采樣值為 5，可以通過 maxmemory-samples 調(diào)整。
• 參數(shù)設(shè)置：
• 使用 CONFIG SET maxmemory-samples <count> 動(dòng)態(tài)調(diào)整采樣數(shù)量，采樣越多越接近理論 LRU，但會(huì)增加性能開銷。

2. 近似 LRU 的特點(diǎn)

• 優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省內(nèi)存，只需記錄部分鍵的訪問信息。
• 缺點(diǎn)：可能導(dǎo)致部分鍵未能準(zhǔn)確淘汰，尤其在訪問模式復(fù)雜時(shí)。
• 適用場(chǎng)景：
• 訪問模式接近冪次分布時(shí)，近似 LRU 效果與理論 LRU 非常接近，幾乎無差別。

3. 近似 LRU 與理論 LRU 效果對(duì)比

• 當(dāng)數(shù)據(jù)訪問模式接近冪次分布（大部分訪問集中于少數(shù)鍵）時(shí)，近似 LRU 表現(xiàn)與理論 LRU 幾乎無差別。

Redis 4.0 的新增的淘汰機(jī)制——LFU 算法

1. LFU 算法

• Redis 4.0 引入了 LFU（Least Frequently Used） 算法，專注于鍵的訪問頻率，而非最近訪問時(shí)間。
• LFU 的實(shí)現(xiàn)機(jī)制：
• 使用 Morris counters（一種稀疏計(jì)數(shù)器算法）記錄訪問頻率，占用內(nèi)存極小。
• 計(jì)數(shù)器會(huì)隨著時(shí)間衰減，以降低舊訪問對(duì)頻率統(tǒng)計(jì)的影響。
• 提供參數(shù)配置計(jì)數(shù)更新頻率和衰減速度，靈活控制緩存命中率。

2. LFU 的特點(diǎn)

• 與 LRU 的對(duì)比：
• LRU：基于最近使用時(shí)間，適合短期緩存需求。
• LFU：基于訪問頻率，適合長(zhǎng)期緩存需求。
• 優(yōu)點(diǎn)：更適合評(píng)估鍵的整體重要性，避免 LRU 中因短期高頻訪問造成的緩存污染。
• 應(yīng)用場(chǎng)景：
• 適用于需要長(zhǎng)期保留高頻訪問鍵的場(chǎng)景，如熱點(diǎn)數(shù)據(jù)。

3. 相關(guān)策略

• allkeys-lfu：對(duì)所有鍵按 LFU 策略淘汰。
• volatile-lfu：僅對(duì)設(shè)置了過期時(shí)間的鍵按 LFU 策略淘汰。

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