Redis精通系列——LFU算法详述(Least Frequently Used - 最不经常使用)_redis的lfu算法

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目录

1、简介

2、实现方式

2.1 LRU实现方式

2.2 LFU实现方式

3、LFU使用

3.1 配置文件开启LFU淘汰算法

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1、简介

LRU有一个明显的缺点，它无法正确的表示一个Key的热度，如果一个key从未被访问过，仅仅发生内存淘汰的前一会儿被用户访问了一下，在LRU算法中这会被认为是一个热key。
例如如下图，keyA与keyB同时被set到Redis中，在内存淘汰发生之前，keyA被频繁的访问，而keyB只被访问了一次，但是这次访问的时间比keyA的任意一次访问时间都更接近内存淘汰触发的时间，如果keyA与keyB均被Redis选中进行淘汰，keyA将被优先淘汰。我想大家都不太希望keyA被淘汰吧，那么有没有更好的的内存淘汰机制呢？当然有，那就是LFU。

LFU(Least Frequently Used)是Redis 4.0 引入的淘汰算法，它通过key的访问频率比较来淘汰key，重点突出的是Frequently Used。
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LRU与LFU的区别：

• LRU -> Recently Used，根据最近一次访问的时间比较
• LFU -> Frequently Used，根据key的访问频率比较

Redis4.0之后为maxmemory_policy淘汰策略添加了两个LFU模式（LRU请看我上一篇文章）：

• volatile-lfu：对有过期时间的key采用LFU淘汰算法
• allkeys-lfu：对全部key采用LFU淘汰算法

2、实现方式

Redis分配一个字符串的最小空间占用是19字节，16字节（对象头）+3字节（SDS基本字段）。Redis的内存淘汰算法LRU/LFU均依靠其中的对象头中的lru来实现。
Redis对象头的内存结构：

typedef struct redisObject {
    unsigned type:4;        // 4 bits 对象的类型（zset、set、hash等）
    unsigned encoding:4;    // 4 bits 对象的存储方式（ziplist、intset等）
    unsigned lru:24;        // 24bits 记录对象的访问信息
    int refcount;            // 4 bytes 引用计数
    void *ptr;                // 8 bytes （64位操作系统），指向对象具体的存储地址/对象body
}

Redis对象头中的lru字段，在LRU模式下和LFU模式下使用方式并不相同。
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2.1 LRU实现方式

在LRU模式，lru字段存储的是key被访问时Redis的时钟server.lrulock（Redis为了保证核心单线程服务性能，缓存了Unix操作系统时钟，默认每毫秒更新一次，缓存的值是Unix时间戳取模2^24）。当key被访问的时候，Redis会更新这个key的对象头中lru字段的值。
因此在LRU模式下，Redis可以根据对象头中的lru字段记录的值，来比较最后一次key的访问时间。
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用Java代码演示一个简单的Redis-LRU算法：

• Redis对象头

package com.lizba.redis.lru;
 
/**
 * <p>
 *      Redis对象头
 * </p>
 *
 * @Author: Liziba
 * @Date: 2021/9/22 22:40
 */
public class RedisHead {
 
    /** 时间 */
    pr