Redis 深入理解内存回收策略设计思想(过期键删除策略和内存淘汰策略）

一时失言乱红尘 2023-02-12 06:28 36阅读 0赞

# 过期键删除策略 #

一般一个键过期了，有以下三种不同的策略可以进行删除：

**（1）定时删除：**在设置键的过期时间的同时，**创建一个定时器（timer）,让定时器在键的过期时间来临时，立即执行对键的删除操作。**

定时删除策略**对内存是最友好的**：通过使用定时器，定时删除策略可以保证过期键会尽可能快地被删除，并释放过期键所占的内存

缺点：**对CPU时间最不友好**，在过期键较多的情况下，删除过期键这一行为可能会占用相当一部分CPU，在内存不紧张但是CPU时间非常紧张的情况下，将对CPU时间用在删除和当前任务无关的过期键上，无疑**会对服务器的响应时间和吞吐量造成影响**，另外创建一个定时器需要用到Redis服务器中的时间时间，而当前时间时间的实现方式为无需链表，查找一个时间的时间复杂度为O(N)，并不能高效地处理大量时间事件，因此让Redis创建大量的定时器来实现定时删除策略，现阶段并不现实

**（2）惰性删除：**放任键过期不管，但是**每次从键空间中获取键时，都检查取得的键是否过期，如果过期的话，就删除键；如果没有过期，就返回该键**

惰性删除策略**对CPU来说是最友好的，**程序只会在取出键时才对键进行过期检查，可以保证删除过期键的操作只会在非做不可得情况下进行，并且删除得目标仅限于当前处得键，这个策略不会在删除其他无关得过期键上花费任何CPU事件

缺点：**对内存不友好**，如果一个键已经过期，而这个键又仍保留在数据库中，那么**只要这个过期键不被删除，它所占用得内存就不会释放**

在使用惰性删除策略时，如果数据库中存在非常多得过期键，而这些过期键又恰好没有被查询，那么它们也许会永远不会被删除（除非用户手动执行FLUSHDB）并占用内存，我们**可以把这种情况看作是一种内存泄漏（无用得垃圾数据占用了大量的内存）**，而服务器却不能自己去释放它们，这对于运行状态非常依赖于内存的Redis服务器来说（注：Redis是内存型数据库），肯定不是一个好消息

**（3）定期删除：每隔一段时间，程序就对数据库进行一次检查**，删除里面的过期键。至于删除多少过期键，以及检查多少个数据库，由算法实现

定期删除和惰性删除都存在明显的缺陷,**定期删除策略是对前两种策略的一种整合和折中**,定期删除策略每隔一段时间执行一次删除过期键操作，**并通过限制删除操作执行的时长和频率来减少删除操作对CPU的影响，****通过定期删除过期键，定期删除策略可以有效地减少了因为过期键而带来的内存浪费**

定期删除策略的难点在于确定删除操作执行的时长和频率：

*  如果删除操作执行过于频繁，或者执行时间过长，定期删除策略就会退化为定时删除策略，以至于CPU时间过多地消耗在删除过期键上面
 *  如果删除操作执行得太少，或者执行时间太多，定期删除策略又会和惰性删除策略一样，出现内存浪费得情况

因此，如果采用定期删除策略，服务器必须根据实际情况，合理地设置删除操作得执行时长和执行频率

**在Redis中，键过期删除策略采用的键删除策略是惰性删除和定期删除**

## Redis中惰性删除实现 ##

过期键的惰性删除策略由db.c/expireIfNeeded函数实现，**所有读写数据库的Redis命令在执行之前都会调用expireIfNeeded函数对输入键进行检查**：

*  如果输入见已经过期，那么expireIfNeeded函数将输入键从数据库中删除。
 *  如果输入键未过期，那么expireIfNeeded函数不做动作

**expireIfNeeded函数类似于一个过滤器**，它可以在命令真正执行之前，过滤掉过期的输入键，从而避免命令接触到过期键

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## Redis定期删除策略 ##

过期键的定期删除策略由redis.c/activeExpireCycle函数实现，每当Redis的服务器**周期性**操作redis.c/serverCron函数时执行时，activeExpireCycle函数被调用，**它在规定的时间内，分多次遍历服务器中的各个数据库**，从数据库的expires字典中随机检查一部分键的过期时间，并删除其中的过期键。

简单理解：Redis内部维护一个定时任务，默认每秒运行10次（通过配置hz控制）。定时任务中删除过期键逻辑采用了自适应算法，根据键的过期比例，使用快慢两种速率模式回收键。

比如：

1.  定时任务在每个数据库空间随机检查20个键，当发现过期时删除对应的键。
2.  如果超过检查数25%的键过期，循环执行回收逻辑直到不足25%或运行超时为止，慢模式下超时时间为25ms。
3.  如果之前回收键逻辑超时，则在Redis触发内部事件之前再次以快模式运行回收过期键任务，快模式下超时时间为1ms且2s内只能运行1次。
4.  快慢两种模式内部删除逻辑相同，只是执行的超时时间不同。

# Redis内存溢出淘汰控制策略 #

**当然Redis中并不是所有键都会设置过期时间，那这些键会一直的保存在内存中？内存不会炸？**

因此,**当Redis所用内存达到maxmemory上限时会触发相应的溢出控制策略。**具体策略受maxmemory-policy参数控制，Redis支持6种策略，如下所示：

*  noeviction：默认策略，当内存不足以容纳新写入数据时，新写入操作会报错。应该没人用吧。
 *  **allkeys-lru：当内存不足以容纳新写入数据时，在键空间中，移除最近最少使用的 Key。推荐使用，目前项目在用这种。**
 *  allkeys-random：当内存不足以容纳新写入数据时，在键空间中，随机移除某个 Key。应该也没人用吧，你不删最少使用Key，去随机删。
 *  volatile-lru：当内存不足以容纳新写入数据时，在设置了过期时间的键空间中，移除最近最少使用的 Key。这种情况一般是把 Redis 既当缓存，又做持久化存储的时候才用。不推荐。
 *  volatile-random：当内存不足以容纳新写入数据时，在设置了过期时间的键空间中，随机移除某个 Key。依然不推荐。
 *  volatile-ttl：当内存不足以容纳新写入数据时，在设置了过期时间的键空间中，有更早过期时间的 Key 优先移除。不推荐。如果没有对应的键，则回退到noeviction策略。

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