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一、Redis 内存回收

        Redis 之所以性能强,最主要的原因就是基于内存存储。然而单节点的 Redis 其内存大小不宜过大,会影响持久化或主从同步性能。

        我们可以通过修改配置文件来设置 Redis 的最大内存:

# 格式:
# maxmemory <bytes># 例如:
maxmemory 1gb

        当内存使用达到上限时,就无法存储更多数据了。为了解决这个问题,Redis 提供了一些策略实现内存回收:内存过期策略和内存淘汰策略。

二、过期策略

        在学习 Redis 缓存的时候我们说过,可以通过 expire 命令给 Redis key 设置 TTL(存活时间):

        可以发现,当 key TTL 到期以后,再次访问 name 返回的是 nil,说明这个 key 已经不存在了,对应的内存也得到释放。从而起到内存回收的目的。 

        这里有两个问题需要我们思考:Redis 是如何知道一个 key 是否过期呢?是不是 TTL 到期就立即删除了呢?

2.1 DB 结构

        Redis 本身是一个典型的 key-value 内存存储数据库,因此所有的 keyvalue 都保存在之前学习过的 Dict 结构中。不过在其 database 结构体中,有两个 Dict:一个用来记录 key-value;另一个用来记录 key-TTL。其结构体如下图所示:

        所以 Redis 是利用两个 Dict 分别记录 key-value 对及 key-ttl 对来知道 key 是否过期了。

        是不是 TTL 到期就立即删除了呢,当然不是,还要经历惰性删除和周期删除两个阶段。

2.2 惰性删除

        惰性删除:顾明思议并不是在 TTL 到期后就立刻删除,而是在访问一个 key 的时候,检查该 key 的存活时间,如果已经过期才执行删除。

2.3 周期删除

        周期删除:顾明思议是通过一个定时任务,周期性的抽样部分过期的 key,然后执行删除。执行周期有两种模式,分别为 SLOW 模式和 FAST 模式。

         SLOW 模式:Redis 服务初始化函数 initServer() 中设置定时任务,按照 server.hz 的频率来执行过期 key 清理,模式为 SLOW

        FAST 模式:Redis 的每个事件循环前会调用 beforeSleep() 函数,执行过期 key 清理,模式为 FAST

2.3.1 SLOW 模式规则

        1、执行频率受 server.hz 影响,默认为 10,即每秒执行 10 次,每个执行周期 100ms

        2、执行清理耗时不超过一次执行周期的 25%.默认 slow 模式耗时不超过 25ms

        3、逐个遍历 db,逐个遍历 db 中的 bucket,抽取 20 key 判断是否过期

        4、如果没达到时间上限(25ms)并且过期 key 比例大于 10%,再进行一次抽样,否则结束

2.3.2 FAST 模式规则

过期 key 比例小于 10% 不执行

        1、执行频率受 beforeSleep() 调用频率影响,但两次 FAST 模式间隔不低于 2ms

        2、执行清理耗时不超过 1ms

        3、逐个遍历 db,逐个遍历 db 中的 bucket,抽取 20 key 判断是否过期

        4、如果没达到时间上限(1ms)并且过期 key 比例大于 10%,再进行一次抽样,否则结束。

2.4 小结

RedisKey TTL 记录方式:

        1、RedisDB 中通过一个 Dict 记录每个 Key TTL 时间

过期 key 的删除策略:

        1、惰性清理:每次查找 key 时判断是否过期,如果过期则删除

        2、定期清理:定期抽样部分 key,判断是否过期,如果过期则删除。

定期清理的两种模式:

        1、SLOW 模式执行频率默认为 10,每次不超过 25ms

        2、FAST 模式执行频率不固定,但两次间隔不低于 2ms,每次耗时不超过 1ms

三、淘汰策略

        我们上一小节学习了 redis 的过期策略,但是这种方式只能将过期的 key 给它移除。但是在一些庞大的项目上,数据量非常的多。很有可能仅仅淘汰过期的 key,也难以满足内存的使用。内存也有可能达到上限。此时就需要内存淘汰策略了。

3.1 内存淘汰

        就是当 Redis 内存使用达到设置的上限时,主动挑选部分 key 删除以释放更多内存的流程。

         只要有任何的命令写入,redis 都会检查内存是否够用,只要不够都会去清理内存,如下代码,Redis 会在处理客户端命令的方法 processCommand() 中尝试做内存淘汰:

int processCommand(client *c) {// 如果服务器设置了server.maxmemory属性,并且没有执行lua脚本if (server.maxmemory && !server.lua_timedout) {// 尝试进行内存淘汰performEvictionsint out_of_memory = (performEvictions() == EVICT_FAIL);// ...if (out_of_memory && reject_cmd_on_oom) {rejectCommand(c, shared.oomerr);return C_OK;}// ....}
}

3.2 淘汰策略

        Redis 支持 8 种不同策略来选择要删除的 key,我们也可以修改配置文件来设置不同的策略,设置的位置如下图所示:

        1、noeviction: 不淘汰任何 key,但是内存满时不允许写入新数据,会报错,默认就是这种策略。

        2、volatile-ttl: 对设置了 TTL key,比较 key 的剩余 TTL 值,TTL 越小越先被淘汰。

        3、allkeys-random:对全体 key ,随机进行淘汰。也就是直接从 db->dict 中随机挑选。

        4、volatile-random:对设置了 TTL key ,随机进行淘汰。也就是从 db->expires 中随机挑选。

        5、allkeys-lru: 对全体 key,基于 LRU 算法进行淘汰。

        6、volatile-lru: 对设置了 TTLkey,基于 LRU 算法进行淘汰。

        7、allkeys-lfu: 对全体 key,基于 LFU 算法进行淘汰。

        8、volatile-lfu: 对设置了 TTL key,基于 LFU 算法进行淘汰。

比较容易混淆的有两个:

        LRULeast Recently Used),最少最近使用。用当前时间减去最后一次访问时间,这个值越大则淘汰优先级越高。

        LFULeast Frequently Used),最少频率使用。会统计每个 key 的访问频率,值越小淘汰优先级越高。

3.3 整体流程图


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