Redis内存淘汰

news2024/9/22 9:42:43

Redis内存淘汰

Redis可以存储多少数据

maxmemory配置，默认是注释掉的。

#maxmemory <bytes>

我们可以主动配置maxmemory，maxmemory支持各种单位，默认是字节

maxmemory 1024
maxmemory 1024KB
maxmemory 1024MB
maxmemory 1024GB

当Redis存储超过这个值，就会触发内存淘汰。

淘汰策略

有两个方向，一个是noevicition，默认就是这种策略，如果内存达到maxmemory，则写入操作失败，但不会淘汰原有数据；另一个是多种淘汰策略，主要是LRU、LFU、RANDOM、TTL。

LRU(Least recently used，最近最少使用)：尝试回收最长时间未使用的。

LFU(Least Frequently Use，最近最少频率使用)：尝试回收最不常用的键。

Random：随机回收键。

TTL：回收过期集合的键，并且优先回收存活时间较短(TTL)的键。

一般四种策略又分为volatile，设置了过期时间的Key；或是allkeys，全部的Key。

选择哪种淘汰算法

一般根据业务需求决定，缓存场景下一般使用的是LRU或LFU。

LRU

什么是LRU

最近最久未使用，即记录每个Key的最近访问时间，维护一个访问时间的数据

Redis的近似LRU

为什么不直接使用LRU

因为对所有数据用一个双向链表维护就是一个巨大的成本，Redis本身就是使用内存的，而内存是又少又珍贵的资源，所以Redis选择实现一个近似LRU。

近似的LRU

LRU模式中，RedisObject中lru字段存储的是被访问时的时间，每次该key被访问就会更新这个字段。

llru字段表示的时间戳越小，代表key空闲的时间越长，越应该被淘汰

为了保证高性能，Redis还缓存了Unix操作系统的时钟。

近似的LRU算法中，在内存不足时就会，进行全局随机采样，来筛选准备淘汰的元素。

步骤为：

1.随机采样n个key，n默认为5

2.根据时间戳淘汰最旧的key

3.判断内存是否不足，不足循环步骤1；反之，退出淘汰

之前说的全局随机采样，也是一个范围性的选择。也就是之前提过的，allkeys或者volatile

淘汰池的优化

近似LRU，最大的优点就是节约了内存。但是它的缺点是，淘汰的key是随机采样的结果，并不是真正的全局最久未访问。

在Redis3.0中，对近似LRU进行了优化：加入淘汰池。

优化后的LRU会维护一个大小为16的候选池，池中的数据按时间进行排序。

步骤：

1.第一次是随机挑选的16个，第一次以后就是随机挑选的一个

2.按访问时间进行排序，并且淘汰最久未访问的(一次只淘汰一个，剩下的都在池中)

3.判断是否继续

LRU优化后的对比

浅灰色是被淘汰的数据

灰色是没有被淘汰的老数据

绿色是新加入的数据

我们几乎可以认为Redis的近似LRU已经达到正常LRU的水准了。

LFU

什么是LFU

最不频繁淘汰算法，优先淘汰活跃最低，使用频率最低的。

为什么引入LFU

Redis在4.0版本后引入了LFU算法，为什么？

因为在部分场景下，只根据最近访问，不谈频率得不到我们希望的结果。

比如，有两个键key1、key2，之前9次一直在访问key1，第10次访问了key2，第10次后触发了内存淘汰，那你觉得该淘汰key1还是key2？

如果我们使用LRU，那就是淘汰key1；如果我们使用LFU，那就是淘汰key2。

但是这种场景下，一般我们会期望按频率来进行淘汰，于是就有了LFU

Redis的LFU

策略

我们之前提供Redis的RedisObject中有个字段是lru，其实LFU也是用这个字段来实现的。

LFU和LRU两种策略是一种互斥关系，是不会同时开启的。LFU将这个字段(lru字段24位)拆分为两部分，高16位存储ldt，也就是Last Decrement Time，低8位存储logc logistic Counter。

一个key是否活跃是根据这两个字段决定的。如果一个key，原来访问计数是255，但是一年没访问就会变成0(举例，并不一定是这样)；如果一个key，频频被访问，它的访问计数会逐渐变大。

源码中，有部分代码证明了LFU和LRU是共用lru字段的。

#define LFU_INIT_VAL 5
robj *createObject(int type, void *ptr) {
    robj *o = zmalloc(sizeof(*o));
    //...
    //o的初始化
    //...
    if (server.maxmemory_policy & MAXMEMORY_FLAG_LFU) {
        o->lru = (LFUGetTimeMinutex()<<8) | LFU_INIT_VAL;
    }  else {
        o->lru = LRU_CLOCK();
    }
    return o'
}

代码中也说了，如果达到maxmemory，并且策略为LFU，前16位设置时间戳，后8位设置访问频率；否则设置lru当前时间戳。

访问频率衰减

redis.conf文件中，有一项配置为lfu_decay_time，默认值为1，表示每一分钟衰减一次。也就是上一次访问时间距离当前时间的分钟数。

lfu_decay_time 1

频率更新

访问计数的频率是一定概率增加的，次数不到5次，一定增加；如果大于5，小于255，一定概率增加；次数越大，越困难。

当然这也是有配置项的，lfu_log_factor被设置的越大，增加难度就越大，配置为0，每次会必然加1，上限为255(8位)。

void updateLFU(robj *val) {
    unsigned long counter = LFUDecrAndReturn(val);
    counter = LFULogIncr(counter);
    val->lru = (LFUGetTimeMinutes()<<8) | counter;
}