Redis原理篇—内存回收

笔记整理自 b站_黑马程序员Redis入门到实战教程

内存过期策略-过期key处理

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：

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
• 内存淘汰策略

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

可以发现，当 key 的 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？

过期策略-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 key、value 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。

答案

• Redis 是如何知道一个 key 是否过期呢？
  • 利用两个 Dict 分别记录 key-value 对 及 key-ttl 对
• 是不是 TTL 到期就立即删除了呢？
  • 惰性删除
  • 周期删除

惰性删除

• 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。

这样就可能会存在一个问题：假如这个 key 已经过期了很久了，但一直未被访问过，所以它一直没有被删除。所以就需要下面的周期删除。

周期删除

• 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：

• Redis 服务初始化函数 initServer() 中设置一个定时任务 serverCron()，按照 server.hz 的频率来执行过期 key 清理，模式为 SLOW

  

• 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

  

SLOW 模式规则：

• 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
• 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
• 逐个遍历 db，逐个遍历 db 中的 bucket，抽取 20 个 key 判断是否过期
• 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

FAST 模式规则（过期 key 比例小于 10% 不执行）：

• 执行频率受 beforeSleep() 调用频率影响，但两次 FAST 模式间隔不低于 2ms
• 执行清理耗时不超过 1ms
• 逐个遍历 db，逐个遍历 db 中的 bucket，抽取 20 个 key 判断是否过期
• 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

总结

Redis-Key 的 TTL 记录方式：

• 在 RedisDB 中通过一个 Dict 记录每个 Key 的 TTL 时间

过期 key 的删除策略：

• 惰性清理：每次查找 key 时判断是否过期，如果过期则删除
• 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：
    • SLOW 模式执行频率默认为 10，每次不超过 25ms
    • 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

内存淘汰策略

内存淘汰

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。

Redis 会在任何的命令执行之前去做内存检查，它会在处理客户端命令的方法 processCommand() 中尝试做内存淘汰：

淘汰策略

Redis 支持 8 种不同策略来选择要删除的 key：

• noeviction：不淘汰任何 key，但是内存满时不允许写入新数据，默认就是这种策略
• volatile-ttl：对设置了 TTL 的 key，比较 key 的剩余 TTL 值，TTL 越小越先被淘汰
• 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
• volatile-random：对设置了 TTL 的 key，随机进行淘汰。也就是从 db->expires 中随机挑选
• allkeys-lru：对全体 key，基于 LRU 算法进行淘汰
• volatile-lru：对设置了 TTL 的 key，基于 LRU 算法进行淘汰
• allkeys-lfu：对全体 key，基于 LFU 算法进行淘汰
• volatile-lfu：对设置了 TTL 的 key，基于 LFU 算法进行淘汰

比较容易混淆的有两个：

• LRU（Least 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。
• LFU（Least 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。

Redis 的数据都会被封装为 RedisObject 结构：

LFU 的访问次数之所以叫做逻辑访问次数，是因为并不是每次 key 被访问都计数，而是通过运算：

• 生成 0~1 之间的随机数 R
• 计算 1/(旧次数 * lfu_log_factor + 1)，记录为 P，lfu_log_factor 默认为 10
• 如果 R < P，则计数器 + 1，且最大不超过 255
• 访问次数会随时间衰减，距离上一次访问时间每隔 lfu_decay_time 分钟（默认为 1），计数器 -1

最后用一副图来描述当前的这个流程吧：