Redis作为一种高性能的键值对存储系统，广泛应用于缓存、消息中间件等多种场景。然而，Redis的内存是有限的，当内存达到上限时，就需要通过过期策略和内存淘汰机制来管理数据，确保系统的稳定运行。本文将详细介绍Redis的过期策略及内存淘汰机制。

Redis的过期策略

Redis提供了三种主要的过期策略来处理数据的过期问题：定时删除、惰性删除和定期删除。每种策略都有其优缺点，Redis在实际使用中通常会将定期删除和惰性删除结合使用，以达到最优的性能和资源利用。

1. 定时删除

定时删除策略为每个设置了过期时间的key创建一个定时器，当key过期时立即删除。这种策略的优点是可以立即释放内存，对内存友好；但其缺点也非常明显，会占用大量的CPU资源去处理过期数据，从而影响缓存的响应时间和吞吐量。因此，Redis默认不采用这种策略。

2. 惰性删除

惰性删除策略不主动删除key，而是在每次读写操作之前检查key是否过期，如果过期则删除。这种策略的优点是CPU处理次数少，只有访问到过期key时才会进行删除操作；但其缺点是如果大量key过期而长时间未被访问，则会占用大量内存。

3. 定期删除

定期删除策略是定时删除和惰性删除的一个折中方案。Redis默认会每秒进行十次过期扫描（100ms一次），但并不是遍历所有设置了过期时间的key，而是随机选择一部分key进行检查，如果过期则删除。这种策略既节省了CPU资源，又避免了内存浪费，是Redis推荐的过期处理策略。

Redis的内存淘汰机制

当Redis的内存使用达到maxmemory限制时，就需要通过内存淘汰机制来释放内存空间。Redis 4.0之后，提供了8种内存淘汰策略供用户选择。

1. noeviction

默认策略，不进行数据淘汰，当内存达到maxmemory时，拒绝所有写入操作并返回错误信息。这种策略适用于不希望丢失任何数据的场景，但会限制Redis的写入能力。

2. volatile-random

在设置了过期时间的键值对中，随机移除某个键值对。适用于对过期数据没有特殊要求的场景。

3. volatile-ttl

在设置了过期时间的键值对中，移除即将过期的键值对（ttl最小的）。这种策略可以优先释放即将过期的数据，但可能不是最优的淘汰选择。

4. volatile-lru

在设置了过期时间的键值对中，移除最近最少使用的键值对。这是最常见的淘汰策略之一，适用于缓存场景。

5. volatile-lfu

在设置了过期时间的键值对中，移除最近最不频繁使用的键值对。适用于需要频繁访问热数据的场景。

6. allkeys-random

在所有键值对中，随机移除某个键值对。这种策略较为简单，但可能导致重要数据被误删除。

7. allkeys-lru

在所有键值对中，移除最近最少使用的键值对。与volatile-lru类似，但适用于所有数据，不仅仅是设置了过期时间的数据。

8. allkeys-lfu

在所有键值对中，移除最近最不频繁使用的键值对。与volatile-lfu类似，但适用于所有数据。

LRU与LFU算法

LRU（Least Recently Used）和LFU（Least Frequently Used）是Redis内存淘汰机制中最常用的两种算法。

• LRU算法：通过维护一个双向链表，记录每个数据项最近一次被访问的时间。当内存达到上限时，优先淘汰最长时间未被访问的数据项。
• LFU算法：通过记录每个数据项被访问的次数，当内存达到上限时，优先淘汰最近一段时间内被访问次数最少的数据项。

Redis在实现这两种算法时，为了优化性能，采用了近似的算法，而不是严格的LRU或LFU算法。

总结

Redis的过期策略和内存淘汰机制是确保系统稳定运行和高效利用内存的重要手段。通过合理选择过期策略和内存淘汰策略，可以在不同场景下达到最优的性能和资源利用效果。在实际应用中，建议根据具体业务需求和系统环境来选择合适的策略，以最大化Redis的性能和稳定性。