這篇文章主要介紹redis中過期鍵刪除策略和數(shù)據(jù)逐出策略的示例分析，文中介紹的非常詳細(xì)，具有一定的參考價(jià)值，感興趣的小伙伴們一定要看完！

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Redis作為一個(gè)高性能的內(nèi)存NoSql數(shù)據(jù)庫，其容量受到最大內(nèi)存限制的限制。

在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中使用Redis時(shí)，偶然會(huì)覺得Redis的內(nèi)存占用要比自己預(yù)想的大。事實(shí)上，Redis占用的內(nèi)存除了保存鍵值對(duì)所需的開銷外，還有一些運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的額外內(nèi)存，包括：

• 過期Key所占空間

• 漸進(jìn)式Rehash導(dǎo)致未及時(shí)刪除的空間

• Redis管理數(shù)據(jù)，包括底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)開銷，客戶端信息，讀寫緩沖區(qū)等

• 主從復(fù)制，bgsave時(shí)的額外開銷

Redis的漸進(jìn)式Rehash，在筆者介紹Concurrenthashmap擴(kuò)容的時(shí)候，做了簡(jiǎn)單的介紹，點(diǎn)擊查看

Redis的主從復(fù)制，則在筆者的另一篇博客里做了詳細(xì)的介紹，點(diǎn)擊查看

所以本文將主要圍繞過期Key的回收問題進(jìn)行講解。

過期鍵的刪除策略

如果Redis的一個(gè)鍵是過期的，那它到了過期時(shí)間之后并不是馬上就從內(nèi)存中被刪除，而是采用了三種不同的刪除策略：

1. 立即刪除

2. 惰性刪除

3. 定時(shí)刪除

其中第二種為被動(dòng)刪除，第一種和第三種為主動(dòng)刪除，而且第一種實(shí)時(shí)性更高。

1.立即刪除

立即刪除是指，在設(shè)置鍵的過期時(shí)間時(shí)，創(chuàng)建一個(gè)回調(diào)事件，當(dāng)過期時(shí)間達(dá)到時(shí)，由時(shí)間處理器自動(dòng)執(zhí)行鍵的刪除操作。
立即刪除能保證內(nèi)存中數(shù)據(jù)的最大新鮮度，因?yàn)樗ＷC過期鍵值會(huì)在過期后馬上被刪除，其所占用的內(nèi)存也會(huì)隨之釋放。但是立即刪除對(duì)cpu是最不友好的。因?yàn)閯h除操作會(huì)占用cpu的時(shí)間，如果剛好碰上了cpu正在做排序等計(jì)算的時(shí)候，就會(huì)給cpu造成額外的壓力。

而且目前redis事件處理器對(duì)時(shí)間事件的處理方式--無序鏈表，查找一個(gè)key的時(shí)間復(fù)雜度為O(n)，所以并不適合用來處理大量的時(shí)間事件。

2.惰性刪除

惰性刪除是指，某個(gè)鍵值過期后，此鍵值不會(huì)馬上被刪除，而是等到下次被使用的時(shí)候，才會(huì)被檢查到過期，此時(shí)才能得到刪除。所以惰性刪除的缺點(diǎn)很明顯：浪費(fèi)內(nèi)存。

舉個(gè)例子，對(duì)于一些按時(shí)間點(diǎn)來更新的數(shù)據(jù)，比如log日志，過期后在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)可能都得不到訪問，這樣在這段時(shí)間內(nèi)就要浪費(fèi)這么多內(nèi)存來存log。

3.定時(shí)刪除

從上面分析來看，立即刪除會(huì)短時(shí)間內(nèi)占用大量cpu，惰性刪除會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)浪費(fèi)內(nèi)存，所以定時(shí)刪除是一個(gè)折中的辦法。

定時(shí)刪除是指：每隔一段時(shí)間執(zhí)行一次刪除操作，并通過限制刪除操作執(zhí)行的時(shí)長(zhǎng)和頻率，來減少刪除操作對(duì)cpu的影響。另一方面定時(shí)刪除也有效的減少了因惰性刪除帶來的內(nèi)存浪費(fèi)。

過期Key清理算法

Redis過期Key清理的機(jī)制對(duì)清理的頻率和最大時(shí)間都有限制，在盡量不影響正常服務(wù)的情況下，進(jìn)行過期Key的清理，以達(dá)到長(zhǎng)時(shí)間服務(wù)的性能最優(yōu)。

Redis會(huì)周期性的隨機(jī)測(cè)試一批設(shè)置了過期時(shí)間的key并進(jìn)行處理。測(cè)試到的已過期的key將被刪除。具體的算法如下:

1. Redis配置項(xiàng)hz定義了serverCron任務(wù)的執(zhí)行周期，默認(rèn)為10，即CPU空閑時(shí)每秒執(zhí)行10次;

2. 每次過期key清理的時(shí)間不超過CPU時(shí)間的25%，即若hz=1，則一次清理時(shí)間最大為250ms，若hz=10，則一次清理時(shí)間最大為25ms;

3. 清理時(shí)依次遍歷所有的db;

4. 從db中隨機(jī)取20個(gè)key，判斷是否過期，若過期，則逐出;

5. 若有5個(gè)以上key過期，則重復(fù)步驟4，否則遍歷下一個(gè)db;

6. 在清理過程中，若達(dá)到了25%CPU時(shí)間，退出清理過程;

這是一個(gè)基于概率的簡(jiǎn)單算法，基本的假設(shè)是抽出的樣本能夠代表整個(gè)key空間，redis持續(xù)清理過期的數(shù)據(jù)直至將要過期的key的百分比降到了25%以下。
由于算法采用的隨機(jī)取key判斷是否過期的方式，故幾乎不可能清理完所有的過期Key。
調(diào)高h(yuǎn)z參數(shù)可以提升清理的頻率，過期key可以更及時(shí)的被刪除，但hz太高會(huì)增加CPU時(shí)間的消耗。

數(shù)據(jù)逐出策略

在redis中，允許用戶設(shè)置最大使用內(nèi)存大小maxmemory（需要配合maxmemory-policy使用），設(shè)置為0表示不限制(默認(rèn)配置)。 生產(chǎn)環(huán)境中需要設(shè)置此值，最好不超過內(nèi)存60%-70%。 當(dāng)redis內(nèi)存數(shù)據(jù)集快到達(dá)maxmemory時(shí)，redis會(huì)實(shí)行數(shù)據(jù)淘汰策略。

Redis提供6種數(shù)據(jù)淘汰策略。在逐出算法中，根據(jù)用戶設(shè)置的逐出策略，選出待逐出的key，直到當(dāng)前內(nèi)存小于最大內(nèi)存值為止。

可選逐出策略如下：

1. volatile-lru：從已設(shè)置過期時(shí)間的數(shù)據(jù)集中挑選最近最少使用的數(shù)據(jù)淘汰

2. volatile-ttl：從已設(shè)置過期時(shí)間的數(shù)據(jù)集中挑選將要過期的數(shù)據(jù)淘汰

3. volatile-random：從已設(shè)置過期時(shí)間的數(shù)據(jù)集中任意選擇數(shù)據(jù) 淘汰

4. allkeys-lru：從數(shù)據(jù)集中挑選最近最少使用的數(shù)據(jù)淘汰

5. allkeys-random：從數(shù)據(jù)集中任意選擇數(shù)據(jù)淘汰

6. no-enviction（驅(qū)逐）：禁止驅(qū)逐數(shù)據(jù)

• 在redis2.8中默認(rèn)策略是volatile-lru

• 在redis3.2和redis4.0中默認(rèn)策略是no-eviction

如果使用no-eviction時(shí)，當(dāng)內(nèi)存不足，Redis會(huì)返回OOM的錯(cuò)誤信息
(error) OOM command not allowed when used memory > 'maxmemory'.

當(dāng)cache中沒有符合清除條件的key時(shí)，回收策略 volatile-lru, volatile-random 和volatile-ttl 將會(huì)和策略 noeviction 一樣直接返回錯(cuò)誤。
選擇正確的回收策略是很重要的，取決于你的應(yīng)用程序的訪問模式。使用INFO命令輸出來監(jiān)控緩存命中和錯(cuò)過的次數(shù)，以調(diào)優(yōu)Redis的配置。

通用規(guī)則如下：

• 如果期望用戶請(qǐng)求呈現(xiàn)冪律分布(power-law distribution)，也就是，期望一部分子集元素被訪問得遠(yuǎn)比其他元素多時(shí)，可以使用allkeys-lru策略。

• 如果期望是循環(huán)周期的訪問，所有的鍵被連續(xù)掃描，或者期望請(qǐng)求符合平均分布(每個(gè)元素以相同的概率被訪問)，可以使用allkeys-random策略。

• 如果期望是讓redis使用緩存對(duì)象設(shè)置的TTL值，確定哪些對(duì)象應(yīng)該是較好的清除候選項(xiàng)，可以使用volatile-ttl策略。

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