Redis_06_Redis内存回收机制

Posted 2022-09-13 毛奇志

文章目录

• 一、前言
• 二、生存时间和三种过期策略
• • 2.1 生存时间的设置与读取
  • 2.2 生存时间的底层保存（过期字典）
  • 2.3 过期字典如何处理过期key（即过期key的删除）：定时删除 惰性删除 定期删除
• 三、淘汰策略
• • 3.1 最大内存设置
  • 3.2 淘汰策略
• 四、尾声

一、前言

问题：redis为什么需要内存回收机制？
回答：内存回收就是数据过期，redis的数据都是存放在内存里面，当然可以通过RDB和AOF持久化到磁盘，但是运行的时候还是要加载到内存里面的，如果key-value键值对越来越多，撑爆了内存引起机器重启等不好境况，所以redis自带内存回收机制，清理掉一些访问频率不高的key-value键值对。

本文内容：
内存使用未达到最大内存极限，有三种删除方式：定时删除、惰性删除、定期删除；
内存使用已达到最大内存极限，有八种淘汰方式：volatile-lru、allkeys-lru、allkeys-lru、allkeys-lfu、volatile-random、allkeys-random、volatile-ttl、noeviction。

二、生存时间和三种过期策略

过期策略包括三种：立即过期 惰性过期 定期过期

2.1 生存时间的设置与读取

介绍四个命令（和TTL time to live 生存时间有关的），用表格清晰些，如下：

命令	含义
EXPIRE	设置剩余生存时间，以秒为单位，将键key的生存时间设置为ttl秒
PEXPIRE	设置剩余生存时间，以毫秒为单位，将键key的生存时间设置为ttl毫秒
EXPIREAT	设置剩余生存时间，以秒为单位，将键key的生存时间设置为timestamp所指定的秒数时间戳
PEXPIREAT	设置剩余生存时间，以毫秒为单位，将键key的生存时间设置为timestamp所指定的秒数时间戳
TTL	返回指定key的剩余生存时间，以秒为单位
PTTL	返回指定key的剩余生存时间，以毫秒为单位

这个表格给出了指定key的过期时间的存储，这里需要注意一个点，设置指定key生存时间一共有四个命令EXPIRE PEXPIRE EXPIREAT PEXPIREAT，这里展示四个命令底层关系，如图：

我们可以看到，四个命令底层关系：四个设置生存时间的命令，底层最终都是使用PEXPIREAT命令去实现的。

2.2 生存时间的底层保存（过期字典）

redis是基于key-value存储的一个非关系型数据库，对于每一个记录的key，都有一个生存时间TTL，上面介绍了指定key的生存时间的读写，那么，redis中每一个key的生存时间是底层是如何存储的呢？答案是使用“过期字典”存储。

过期字典引入：redisDB结构的expires字典保存了数据库中所有键的过期时间，这个expires字典就是过期字典。

过期字典的键：是一个指针,这个指针指向键空间中的某个键对象(也即是某个数据库键)。

过期字典的值：是一个long long类型的整数 ,这个整数保存了键所指向的数据库键的过期时间，即—个毫秒精度的UNIX时间戳。

展示了一个带有过期字典的数据库例子,在这个例子中,键空间保存了数据库中的所有键值对，而过期时间则保存了数据库中所有按键值对的过期时间。

生存时间（过期时间）的添加和删除略过。

2.3 过期字典如何处理过期key（即过期key的删除）：定时删除 惰性删除 定期删除

被动删除/惰性删除：当客户端尝试访问某个key时，发现当前key已经过期了，就直接删除这个key。当然，有可能会存在一些key，一直没有客户端访问，就会导致这部分key一直占用内存，因此加了一个 主动删除/定时删除 方式。

主动删除/定时删除：Redis定期扫描期间中的key进行删除，它的删除策略是：
(1) 从过期键中随机获取20个key，删除这20个key中已经过期的key。
(2) 如果在这20个key中有超过25%的key过期，则重新执行当前步骤。实际上这是利用了一种概率算法。

一表总结，如下：

删除方式（过期key删除）	解释名称	含义	删除类型	优点	缺点	备注
定时删除	内部含有定时器，故称为定时删除	在设置键的过期时间的同时，创建一个定时器，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。	主动删除	对内存友好，过期key尽快被删除，被释放过期key的内存	对CPU时间不友好，较快删除key,占用CPU时间	该方式redis服务器中需要创建大量定时器，不现实，舍去。
惰性删除	一定要等到使用该键的时候才删除过期key，比较懒惰，故称为惰性删除	放任键不管，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，就删除该键；如果没有过期，就返回该键。	被动删除	对CPU时间友好，过期key尽可能慢地删除，取出时才检查是否过期，尽可能少的占用CPU时间	对内存不友好，过期地key删除不及时，一定要等到再次取出时才检查删除，这段时间内占用内存	由于存在着很多过期的key没有及时被删除，容易造成内存泄露
定期删除	均衡定时删除和惰性删除，得到一个合适的时间段删除，故称为定期删除	每隔一段时间，程序就会对数据库进行一个检查，删除里面的过期键。至于要删除多少个过期键，以及要检查多少个数据库，则由算法决定。	主动删除	定时删除和惰性删除的综合，合理使用CPU和内存	难以确定删除操作执行的时长和频率	若删除频繁，则接近定时删除，消耗太多CPU时间；若删除太少，则接近惰性删除，消耗内存。

总结：对于设置了过期时间的key，到了过期时间会使用定时删除掉；对于没有设置过期时间的key，Redis中同时使用了惰性删除和定期删除两种过期策略。

三、淘汰策略

Redis的内存淘汰策略，是指当内存使用达到最大内存极限的时候，需要使用淘汰算法来决定清除掉哪些数据，以保证新数据的写入。所以，这里涉及到两个问题：

第一，最大内存极限数值是多少？回答：可以自己设置

第二，常用的淘汰策略有哪些？

回答：淘汰策略分为两种
LRU，Least Recently Used：最近最少使用
LFU，Least Frequently Used

内存淘汰策略执行的一个前提是 内存使用达到最大内存极限，一般来说，只要三种删除 定时删除 惰性删除 定期删除 搞好，不会出现这种情况。

3.1 最大内存设置

最大内存极限数值是多少？如下：

./redis-cli --raw
config get maxmemory
config set maxmemory 512MB
config get maxmemory

3.2 淘汰策略

查看当前的redis使用的哪种淘汰策略，需要查看redis.conf文件，如下：

先看一下都有哪些淘汰策略？一共八种。

从前缀针对的对象来分：volatile针对设置了ttl的key，allkeys是针对所有key
从后缀使用的方法来分：
LRU，Least Recently Used：最近最少使用。判断最近被使用的时间，目前最远的数据优先被淘汰。
LFU，Least Frequently Used：最小频率使用。Redis 4.0版本新增。
random：随机删除。

策略	含义
volatile-lru	针对带有过期时间的键，选择最远使用，直到腾出内存为止。如果没有可以删除的键对象，回退到 noeviction
allkeys-lru	针对所有键（不管有没有设置超时时间），选择最远使用，直到腾出内存为止。
volatile-lfu	针对带有过期时间的键，选择最少频率使用的，直到腾出内存为止。如果没有可以删除的键对象，回退到 noeviction
allkeys-lfu	针对所有键（不管有没有设置超时时间），选择最少频率使用的，直到腾出内存为止。
volatile-random	针对带有过期时间的键，随机选择删除，直到腾出内存为止。如果没有可以删除的键对象，回退到 noeviction
allkeys-random	针对所有键（不管有没有设置超时时间），随机选择删除，直到腾出内存为止。
volatile-ttl	针对带有过期时间的键，删除最近ttl将要过期的数据。如果没有可以删除的键对象，回退到 noeviction
noeviction	默认策略，不会删除操作，会拒绝所有写入操作并返回客户端错误信息OOM，此时Redis只响应读操作

如果没有设置ttl，那么 volatile-lru volatile-lfu volatile-random volatile-ttl 相当于 noeviction ，不做内存回收。
建议使用 volatile-lru，在保证正常服务的情况下，优先删除最近最少使用的key.

./redis-cli --raw
config get maxmemory-policy
config set maxmemory-policy volatile-lru
config get maxmemory-policy

四、尾声

内存使用未达到最大内存极限，有三种删除方式：定时删除、惰性删除、定期删除；
内存使用已达到最大内存极限，有八种淘汰方式：volatile-lru、allkeys-lru、allkeys-lru、allkeys-lfu、volatile-random、allkeys-random、volatile-ttl、noeviction。

Redis内存回收机制，完成了。