一文彻底搞懂Redis的内存回收机制和内存过期淘汰策略

关于 Redis 内存回收机制和内存过期淘汰策略的常见问题：

• 什么是 Redis 的内存回收机制？

  Redis 的内存回收机制是指 Redis 如何回收不再使用的数据的机制。

• Redis 有哪些内存过期淘汰策略？

  Redis 提供了多种内存过期淘汰策略，包括 noeviction、allkeys-random、volatile-random、volatile-lru、volatile-ttl、lru、ttl 和 lfu。

1. Redis内存回收机制

Redis 的内存回收主要由两部分组成：

• Redis过期策略：删除过期时间的key值
• Redis淘汰策略：内存使用到达maxmemory上限时触发内存淘汰数据

Redis的过期策略和内存淘汰策略不是一件事

2. Redis过期策略

• 定时过期
  每个设置过期时间的key都需要创建一个定时器，到过期时间就会立即清除。该策略可以立即清除过期的数据，对内存很友好；但是会占用大量的CPU资源去处理过期的数据，从而影响缓存的响应时间和吞吐量。

• 惰性过期
  只有当访问一个key时，才会判断该key是否已过期，过期则清除。该策略可以最大化地节省CPU资源，却对内存非常不友好。极端情况可能出现大量的过期key没有再次被访问，从而不会被清除，占用大量内存。

• 定期过期
  每隔一定的时间，会扫描一定数量的数据库的expires字典中一定数量的key，并清除其中已过期的key。该策略是前两者的一个折中方案。通过调整定时扫描的时间间隔和每次扫描的限定耗时，可以在不同情况下使得CPU和内存资源达到最优的平衡效果。
  Redis中同时使用了惰性过期和定期过期两种过期策略。

3. Redis淘汰策略

Redis的内存淘汰策略，是指当内存使用达到maxmemory极限时，需要使用LAU淘汰算法来决定清理掉哪些数据，以保证新数据的存入。

3.1 LRU算法

Redis默认情况下就是使用LRU策略算法。
LRU算法(least RecentlyUsed),最近最少使用算法,也就是说默认删除最近最少使用的键。
但是一定要注意一点！redis中并不会准确的删除所有键中最近最少使用的键，而是随机抽取3个键，删除这三个键中最近最少使用的键。
那么3这个数字也是可以可以设置采样的大小，如果设置为10，那么效果会更好，不过也会耗费更多的CPU资源。对应位置是配置文件中的maxmeory-samples。

3.2 缓存清理配置

maxmemory用来设置redis存放数据的最大的内存大小，一旦超出这个内存大小之后，就会立即使用LRU算法清理掉部分数据。
对于64 bit的机器，如果maxmemory设置为0，那么就默认不限制内存的使用，直到耗尽机器中所有的内存为止;，但是对于32 bit的机器，有一个隐式的闲置就是3GB

3.3 Redis数据淘汰策略

maxmemory-policy，可以设置内存达到最大闲置后，采取什么策略来处理。

对应的淘汰策略规则如下：

• noeviction：这是默认策略，当运行内存超过最大设置内存时，不淘汰任何数据，这时如果有新的数据写入，会报错通知禁止写入，不淘汰任何数据，但是如果没用数据写入的话，只是单纯的查询或者删除操作的话，还是可以正常工作。
• allkeys-random：在所有键中，随机选择并删除数据。
• volatile-random：在设置了过期时间的键中，随机选择并删除数据。
• volatile-lru：在设置了过期时间的键中，根据 LRU 算法选择并删除数据。
• volatile-ttl：在设置了过期时间的键中，根据 TTL 值选择并删除数据，TTL 值越小的键越先被删除。

3.4 缓存清理的流程

客户端执行数据写入操作，redis server接收到写入操作之后，检查maxmemory的限制，如果超过了限制，那么就根据对应的policy清理掉部分数据，写入操作完成执行。

4. 总结

redis的内存淘汰策略用于处理内存不足时的需要申请额外空间的数据，内存淘汰策略的选取并不会影响过期的key的处理。过期策略用于处理过期的缓存数据。