Redis与LRU

「爱情、让人受尽委屈。」 2021-10-15 06:18 177阅读 0赞

参考文章  
[https://zhuanlan.zhihu.com/p/34133067][https_zhuanlan.zhihu.com_p_34133067]  
[https://blog.csdn.net/azurelaker/article/details/85045245][https_blog.csdn.net_azurelaker_article_details_85045245]  
[https://www.bilibili.com/video/av45625512][https_www.bilibili.com_video_av45625512]

> 最近在使用redis，然后看到了redis与LRU相关的一些内容，再此对之前所看的一些博文进行总结

### 一、什么是LRU ###

LRU是`Least Recently Used`的缩写，即最近最少使用，是一种常用的页面置换算法，选择最近最久未使用的页面予以淘汰。该算法赋予每个页面一个访问字段，用来记录一个页面自上次被访问以来所经历的时间t，当须淘汰一个页面时，选择现有页面中其t值最大的，即最近最少使用的页面予以淘汰。

### 二、如何实现LRU ###

如果按照访问时间进行了排序，会有大量的内存拷贝操作，所以性能肯定是不能接受的。那么如何设计一个LRU缓存，使得放入和移除都是O(1)的，我们需要把访问次序维护起来，但是不能通过内存中的真实排序来反应，有一种方案就是使用双向链表。

### 三、基于`HashMap`和`双向链表`实现LRU ###

在这个双向链表中存在一个HashMap用于存储实现LRU的双向链表的节点，如图所示

\[外链图片转存失败(img-t1swCQQV-1565667513035)(/images/Redis与LRU/8ED05C49-82D6-4E44-A964-4AF837995612.png)\]

而双向链表则存在一个head和一个tail分别指代双向链表的头与尾。  
假设我们预设一个大小为3的cache，当我们执行以下操作时，

save("key1", 7)
    save("key2", 0)
    save("key3", 1)
    save("key4", 2)
    get("key2")
    save("key5", 3)
    get("key2")
    save("key6", 4)

双向链表变化如图所示：

\[外链图片转存失败(img-pT1zEiDl-1565667513040)(/images/Redis与LRU/7F71982F-9482-4E12-BED9-AFFCE1469A00.png)\]

### 四、LRU的Java实现 ###

//节点数据结构
    class DLinkedNode{ 
        int key;
        int value;
        DLinkedNode pre;
        DLinkedNode next;
    }

实际操作代码实现：

class LRUache{ 
        private HashMap<Integer, DLinkedNode> cache = new HashMap<>();
    
        //目前双向链表中的节点数
        private int count;
        
        //最大容量
        private int capacity;
        
        //双向链表头尾节点
        private DLinkedNode head, tail;
    
        public LRUache(int capacity){ 
        
            this.count = 0;
            this.capacity = capacity;
    
            head = new DLinkedNode();
            head.pre = null;
    
            tail = new DLinkedNode();
            tail.next = null;
            
            head.next = tail;
            tail.pre = head;
        }
    
    
        //将节点挪至头部
        private void moveToHead(DLinkedNode node){ 
            //清除当前节点，即将当前节点的pre节点和next节点相连
            removeNode(node);
            
            //根据LRU算法，将操作的节点放至首位置
            addNode(node);
        }
    
        //将该节点挪除
        private void removeNode(DLinkedNode node){ 
            DLinkedNode pre = node.pre;
            DLinkedNode next = node.next;
            pre.next = next;
            next.pre = pre;
        }
    
        //在头部添加节点
        private void addNode(DLinkedNode node){ 
            node.pre = head;
            node.next = head.next;
            head.next.pre = node;
            head.next = node;
        }
    
        //清除超出最大容量后的最后一个节点
        private DLinkedNode popTail(){ 
            DLinkedNode node = tail.pre;
            removeNode(node);
            return node;
        }
    
        //获取节点并更新LRU
        public int get(int key){ 
            DLinkedNode node = cache.get(key);
            
            if(node == null){ 
                return -1;
            }
            moveToHead(node);
            return node.val;
    
        }
    
        //压入新节点
        public void put(int key, int value){ 
            DLinkedNode node = cache.get(key);
            if(node == null){ 
                DLinkedNode newNode = new DLinkedNode();
                newNode.key = key;
                newNode.value = value;
                cache.put(key, value);
                addNode(newNode);
                count++;
                if(count > capacity){ 
                    DLinkedNode tail = popTail();
                    cache.remove(tail.key);
                    count--;
                }
            }else{ 
                node.value = value;
                moveToHead(node);
            }
        }
    }

### 五、Redis的LRU实现 ###

Redis系统中与LRU功能相关的配置参数有三个:

*  `maxmemory` : 该参数即为缓存数据占用的内存限制. 当缓存的数据消耗的内存超过这个数值限制时, 将触发数据淘汰. 该数据配置为0时,表示缓存的数据量没有限制, 即LRU功能不生效.
 *  `maxmemory_policy` : 淘汰策略. 定义参与淘汰的数据的类型和属性.
 *  `maxmemory_samples` : 随机采样的精度. 该数值配置越大, 越接近于真实的LRU算法,但是数值越大, 消耗的CPU计算时间越多,执行效率越低.

我们知道在Redis缓存中可以有超时属性所以Redis在每个数据库结构中使用了两个不同的哈希表来管理缓存数据. 数据结构如下:

//redis.h
    typedef struct redisDb { 
        dict *dict;                 /* The keyspace for this DB */
        dict *expires;              /* Timeout of keys with a timeout set */
        dict *blocking_keys;        /* Keys with clients waiting for data (BLPOP) */
        dict *ready_keys;           /* Blocked keys that received a PUSH */
        dict *watched_keys;         /* WATCHED keys for MULTI/EXEC CAS */
        int id;
        long long avg_ttl;          /* Average TTL, just for stats */
    } redisDb;

由助手可知 expires存储含有超时属性的数据，而dict则可以存储所有的数据。

Redis一共提供了六种淘汰策略,即参数`maxmemory_policy`有六种取值:

*  `noeviction`: 如果缓存数据超过了maxmemory限定值,并且客户端正在执行的命令会导致内存分配,则向客户端返回错误响应.
 *  `allkeys-lru`: 所有的缓存数据(包括没有超时属性的和具有超时属性的)都参与LRU算法淘汰.
 *  `volatile-lru`: 只有超时属性的缓存数据才参与LRU算法淘汰.
 *  `allkeys-random`: 所有的缓存数据(包括没有超时属性的和具有超时属性的)都参与淘汰, 但是采用随机淘汰,而不是用LRU算法进行淘汰.
 *  `volatile-random`: 只有超时属性的缓存数据才参与淘汰,但是采用随机淘汰,而不是用LRU算法进行淘汰.
 *  `volatile-ttl`: 只有超时属性的缓存数据才参与淘汰. 根据缓存数据的超时TTL进行淘汰,而不是用LRU算法进行淘汰.

注: `volatile-lru`,`volatile-random`和`volatile-ttl`这三种淘汰策略不是使用的全量数据，所以可能会导致无法淘汰出足够的内存空间。而且当设置超时属性时属性会占用更大的内存，所以当内存压力比较大时要慎用超时属性。

#### redis处理流程 ####

1.客户端向redis发送消息，redis对命令进行解析，为命令分配内存。  
2.判断内存是否超出限定值，即`maxmemory`，如果超过，则按照所选定的淘汰算法，进行内存释放。  
3.当指令为读指令时忽略淘汰算法，当为写指令，且超出限定值进行内存释放，若内存释放失败则向客户端返回错误响应，如释放成功则执行写指令。

#### redis源码解析 ####

> Redis处理命令的入口函数`processCommand`

//redis.c
    int processCommand(redisClient *c) { 
       /* The QUIT command is handled separately. Normal command procs will * go through checking for replication and QUIT will cause trouble * when FORCE_REPLICATION is enabled and would be implemented in * a regular command proc. */
       if (!strcasecmp(c->argv[0]->ptr,"quit")) { 
           addReply(c,shared.ok);
           c->flags |= REDIS_CLOSE_AFTER_REPLY;
           return REDIS_ERR;
       }
       /* Now lookup the command and check ASAP about trivial error conditions * such as wrong arity, bad command name and so forth. */
       c->cmd = c->lastcmd = lookupCommand(c->argv[0]->ptr);
       if (!c->cmd) { 
           flagTransaction(c);
           addReplyErrorFormat(c,"unknown command '%s'",
               (char*)c->argv[0]->ptr);
           return REDIS_OK;
       } else if ((c->cmd->arity > 0 && c->cmd->arity != c->argc) ||
                  (c->argc < -c->cmd->arity)) { 
           flagTransaction(c);
           addReplyErrorFormat(c,"wrong number of arguments for '%s' command",
               c->cmd->name);
           return REDIS_OK;
       }
    
       /* Check if the user is authenticated */
       if (server.requirepass && !c->authenticated && c->cmd->proc != authCommand)
       { 
           flagTransaction(c);
           addReply(c,shared.noautherr);
           return REDIS_OK;
       }
    
       /* Handle the maxmemory directive. * * First we try to free some memory if possible (if there are volatile * keys in the dataset). If there are not the only thing we can do * is returning an error. */
       if (server.maxmemory) { 
           int retval = freeMemoryIfNeeded();
           /* freeMemoryIfNeeded may flush slave output buffers. This may result * into a slave, that may be the active client, to be freed. */
           if (server.current_client == NULL) return REDIS_ERR;
    
           /* It was impossible to free enough memory, and the command the client * is trying to execute is denied during OOM conditions? Error. */
           if ((c->cmd->flags & REDIS_CMD_DENYOOM) && retval == REDIS_ERR) { 
               flagTransaction(c);
               addReply(c, shared.oomerr);
               return REDIS_OK;
           }
       }
    
       /* Don't accept write commands if there are problems persisting on disk * and if this is a master instance. */
       if (((server.stop_writes_on_bgsave_err &&
             server.saveparamslen > 0 &&
             server.lastbgsave_status == REDIS_ERR) ||
             server.aof_last_write_status == REDIS_ERR) &&
           server.masterhost == NULL &&
           (c->cmd->flags & REDIS_CMD_WRITE ||
            c->cmd->proc == pingCommand))
       { 
           flagTransaction(c);
           if (server.aof_last_write_status == REDIS_OK)
               addReply(c, shared.bgsaveerr);
           else
               addReplySds(c,
                   sdscatprintf(sdsempty(),
                   "-MISCONF Errors writing to the AOF file: %s\r\n",
                   strerror(server.aof_last_write_errno)));
           return REDIS_OK;
       }
    
       /* Don't accept write commands if there are not enough good slaves and * user configured the min-slaves-to-write option. */
       if (server.masterhost == NULL &&
           server.repl_min_slaves_to_write &&
           server.repl_min_slaves_max_lag &&
           c->cmd->flags & REDIS_CMD_WRITE &&
           server.repl_good_slaves_count < server.repl_min_slaves_to_write)
       { 
           flagTransaction(c);
           addReply(c, shared.noreplicaserr);
           return REDIS_OK;
       }
    
       /* Don't accept write commands if this is a read only slave. But * accept write commands if this is our master. */
       if (server.masterhost && server.repl_slave_ro &&
           !(c->flags & REDIS_MASTER) &&
           c->cmd->flags & REDIS_CMD_WRITE)
       { 
           addReply(c, shared.roslaveerr);
           return REDIS_OK;
       }
    
       /* Only allow SUBSCRIBE and UNSUBSCRIBE in the context of Pub/Sub */
       if (c->flags & REDIS_PUBSUB &&
           c->cmd->proc != pingCommand &&
           c->cmd->proc != subscribeCommand &&
           c->cmd->proc != unsubscribeCommand &&
           c->cmd->proc != psubscribeCommand &&
           c->cmd->proc != punsubscribeCommand) { 
           addReplyError(c,"only (P)SUBSCRIBE / (P)UNSUBSCRIBE / QUIT allowed in this context");
           return REDIS_OK;
       }
    
       /* Only allow INFO and SLAVEOF when slave-serve-stale-data is no and * we are a slave with a broken link with master. */
       if (server.masterhost && server.repl_state != REDIS_REPL_CONNECTED &&
           server.repl_serve_stale_data == 0 &&
           !(c->cmd->flags & REDIS_CMD_STALE))
       { 
           flagTransaction(c);
           addReply(c, shared.masterdownerr);
           return REDIS_OK;
       }
    
       /* Loading DB? Return an error if the command has not the * REDIS_CMD_LOADING flag. */
       if (server.loading && !(c->cmd->flags & REDIS_CMD_LOADING)) { 
           addReply(c, shared.loadingerr);
           return REDIS_OK;
       }
    
       /* Lua script too slow? Only allow a limited number of commands. */
       if (server.lua_timedout &&
             c->cmd->proc != authCommand &&
             c->cmd->proc != replconfCommand &&
           !(c->cmd->proc == shutdownCommand &&
             c->argc == 2 &&
             tolower(((char*)c->argv[1]->ptr)[0]) == 'n') &&
           !(c->cmd->proc == scriptCommand &&
             c->argc == 2 &&
             tolower(((char*)c->argv[1]->ptr)[0]) == 'k'))
       { 
           flagTransaction(c);
           addReply(c, shared.slowscripterr);
           return REDIS_OK;
       }
    
       /* Exec the command */
       if (c->flags & REDIS_MULTI &&
           c->cmd->proc != execCommand && c->cmd->proc != discardCommand &&
           c->cmd->proc != multiCommand && c->cmd->proc != watchCommand)
       { 
           queueMultiCommand(c);
           addReply(c,shared.queued);
       } else { 
           call(c,REDIS_CALL_FULL);
           if (listLength(server.ready_keys))
               handleClientsBlockedOnLists();
       }
       return REDIS_OK;
    }

当调用该函数时,Redis已经解析完命令以及参数,并分配了内存空间,客户端对象的argv字段指向这些分配的内存空间.

`LINE 40 - 53`调用函数freeMemoryIfNeeded释放缓存的内存空间,如果freeMemoryIfNeeded返回失败,即无法释放足够的内存,并且客户端命令是导致内存增加的命令,则向客户端返回OOM错误消息响应.

函数`freeMemoryIfNeeded`淘汰缓存的数据,其实现为(`redis.c`):

int freeMemoryIfNeeded(void) { 
        size_t mem_used, mem_tofree, mem_freed;
        int slaves = listLength(server.slaves);
        mstime_t latency;
    
        /* Remove the size of slaves output buffers and AOF buffer from the * count of used memory. */
        mem_used = zmalloc_used_memory();
        if (slaves) { 
            listIter li;
            listNode *ln;
    
            listRewind(server.slaves,&li);
            while((ln = listNext(&li))) { 
                redisClient *slave = listNodeValue(ln);
                unsigned long obuf_bytes = getClientOutputBufferMemoryUsage(slave);
                if (obuf_bytes > mem_used)
                    mem_used = 0;
                else
                    mem_used -= obuf_bytes;
            }
        }
        if (server.aof_state != REDIS_AOF_OFF) { 
            mem_used -= sdslen(server.aof_buf);
            mem_used -= aofRewriteBufferSize();
        }
    
        /* Check if we are over the memory limit. */
        if (mem_used <= server.maxmemory) return REDIS_OK;
    
        if (server.maxmemory_policy == REDIS_MAXMEMORY_NO_EVICTION)
            return REDIS_ERR; /* We need to free memory, but policy forbids. */
    
        /* Compute how much memory we need to free. */
        mem_tofree = mem_used - server.maxmemory;
        mem_freed = 0;
        latencyStartMonitor(latency);
        while (mem_freed < mem_tofree) { 
            int j, k, keys_freed = 0;
    
            for (j = 0; j < server.dbnum; j++) { 
                long bestval = 0; /* just to prevent warning */
                sds bestkey = NULL;
                struct dictEntry *de;
                redisDb *db = server.db+j;
                dict *dict;
    
                if (server.maxmemory_policy == REDIS_MAXMEMORY_ALLKEYS_LRU ||
                    server.maxmemory_policy == REDIS_MAXMEMORY_ALLKEYS_RANDOM)
                { 
                    dict = server.db[j].dict;
                } else { 
                    dict = server.db[j].expires;
                }
                if (dictSize(dict) == 0) continue;
    
                /* volatile-random and allkeys-random policy */
                if (server.maxmemory_policy == REDIS_MAXMEMORY_ALLKEYS_RANDOM ||
                    server.maxmemory_policy == REDIS_MAXMEMORY_VOLATILE_RANDOM)
                { 
                    de = dictGetRandomKey(dict);
                    bestkey = dictGetKey(de);
                }
    
                /* volatile-lru and allkeys-lru policy */
                else if (server.maxmemory_policy == REDIS_MAXMEMORY_ALLKEYS_LRU ||
                    server.maxmemory_policy == REDIS_MAXMEMORY_VOLATILE_LRU)
                { 
                    for (k = 0; k < server.maxmemory_samples; k++) { 
                        sds thiskey;
                        long thisval;
                        robj *o;
    
                        de = dictGetRandomKey(dict);
                        thiskey = dictGetKey(de);
                        /* When policy is volatile-lru we need an additional lookup * to locate the real key, as dict is set to db->expires. */
                        if (server.maxmemory_policy == REDIS_MAXMEMORY_VOLATILE_LRU)
                            de = dictFind(db->dict, thiskey);
                        o = dictGetVal(de);
                        thisval = estimateObjectIdleTime(o);
    
                        /* Higher idle time is better candidate for deletion */
                        if (bestkey == NULL || thisval > bestval) { 
                            bestkey = thiskey;
                            bestval = thisval;
                        }
                    }
                }
    
                /* volatile-ttl */
                else if (server.maxmemory_policy == REDIS_MAXMEMORY_VOLATILE_TTL) { 
                    for (k = 0; k < server.maxmemory_samples; k++) { 
                        sds thiskey;
                        long thisval;
    
                        de = dictGetRandomKey(dict);
                        thiskey = dictGetKey(de);
                        thisval = (long) dictGetVal(de);
    
                        /* Expire sooner (minor expire unix timestamp) is better * candidate for deletion */
                        if (bestkey == NULL || thisval < bestval) { 
                            bestkey = thiskey;
                            bestval = thisval;
                        }
                    }
                }
    
                /* Finally remove the selected key. */
                if (bestkey) { 
                    long long delta;
    
                    robj *keyobj = createStringObject(bestkey,sdslen(bestkey));
                    propagateExpire(db,keyobj);
                    /* We compute the amount of memory freed by dbDelete() alone. * It is possible that actually the memory needed to propagate * the DEL in AOF and replication link is greater than the one * we are freeing removing the key, but we can't account for * that otherwise we would never exit the loop. * * AOF and Output buffer memory will be freed eventually so * we only care about memory used by the key space. */
                    delta = (long long) zmalloc_used_memory();
                    dbDelete(db,keyobj);
                    delta -= (long long) zmalloc_used_memory();
                    mem_freed += delta;
                    server.stat_evictedkeys++;
                    notifyKeyspaceEvent(REDIS_NOTIFY_EVICTED, "evicted",
                        keyobj, db->id);
                    decrRefCount(keyobj);
                    keys_freed++;
    
                    /* When the memory to free starts to be big enough, we may * start spending so much time here that is impossible to * deliver data to the slaves fast enough, so we force the * transmission here inside the loop. */
                    if (slaves) flushSlavesOutputBuffers();
                }
            }
            if (!keys_freed) { 
                latencyEndMonitor(latency);
                latencyAddSampleIfNeeded("eviction-cycle",latency);
                return REDIS_ERR; /* nothing to free... */
            }
        }
        latencyEndMonitor(latency);
        latencyAddSampleIfNeeded("eviction-cycle",latency);
        return REDIS_OK;
    }

执行`if (mem_used <= server.maxmemory) return REDIS_OK`;如果当前缓存数据占用的总的内存小于配置的`maxmemory`,则不用淘汰,直接返回.

如果当前缓存的数据使用的内存大于配置的`maxmemory`,并且淘汰策略不允许释放内存(noeviction),则该函数返回失败.

接下来,局部变量`mem_tofree`表示需要淘汰的内存,局部变量`mem_freed`表示已经淘汰的内存.循环执行`while (mem_freed < mem_tofree)`淘汰缓存数据,该循环中的逻辑可以概括为:

*  从全局的0号数据库开始(Redis默认有16个全局的数据库),根据淘汰策略,选择该数据库中的哈希表.如果该哈希表为空, 选择下一个全局数据库.
 *  根据淘汰策略,在相应哈希表中找到一个待淘汰的key, 从该数据库对象中删除该key所对应的缓存数据.
 *  如果没有找到待淘汰的key,即无法淘汰所需的缓存数据大小 函数直接返回错误.
 *  如果当前访问的是最后一个全局数据库, 并且已经淘汰了所需的缓存数据,则该函数成功返回.如果没有淘汰所需的缓存数据,则返回步骤1,并且从0号数据库重新淘汰.如果当前访问的不是最后一个全局数据库, 则返回步骤1, 从当前数据库的下一个数据库继续淘汰缓存数据.

如果淘汰策略是`allkeys-random`或者`volatile-random`,则从相应数据库中随机选择一个key进行淘汰.

如果淘汰策略是`allkeys-lru`或者`volatile-lru`, 则根据配置的采样值`maxmemory_samples`,随机从数据库中选择`maxmemory_samples`个key, 淘汰其中热度最低的key对应的缓存数据.

如果淘汰策略是`volatile-ttl`,则根据配置的采样值`maxmemory_samples`,随机从数据库中选择`maxmemory_samples`个key,淘汰其中最先要超时的key对应的缓存数据.

所以采样参数`maxmemory_samples`配置的数值越大, 就越能精确的查找到待淘汰的缓存数据,但是也消耗更多的CPU计算,执行效率降低.

从数据库的哈希表结构中随机返回一个key的执行函数为dictGetRandomKey, 其实现为(`dict.c`):

/* Return a random entry from the hash table. Useful to * implement randomized algorithms */
    dictEntry *dictGetRandomKey(dict *d)
    { 
        dictEntry *he, *orighe;
        unsigned int h;
        int listlen, listele;
    
        if (dictSize(d) == 0) return NULL;
        if (dictIsRehashing(d)) _dictRehashStep(d);
        if (dictIsRehashing(d)) { 
            do { 
                h = random() % (d->ht[0].size+d->ht[1].size);
                he = (h >= d->ht[0].size) ? d->ht[1].table[h - d->ht[0].size] :
                                          d->ht[0].table[h];
            } while(he == NULL);
        } else { 
            do { 
                h = random() & d->ht[0].sizemask;
                he = d->ht[0].table[h];
            } while(he == NULL);
        }
    
        /* Now we found a non empty bucket, but it is a linked * list and we need to get a random element from the list. * The only sane way to do so is counting the elements and * select a random index. */
        listlen = 0;
        orighe = he;
        while(he) { 
            he = he->next;
            listlen++;
        }
        listele = random() % listlen;
        he = orighe;
        while(listele--) he = he->next;
        return he;
    }

上述代码主要执行了两件事情:

1.  首先在哈希表中随机选择一个非空的桶(bucket).
2.  在该桶的冲突链表中随机选择一个节点.

根据LRU淘汰算法的属性,如果缓存的数据被频繁访问, 其热度就高,反之,热度低. 下面说明缓存数据的热度相关的细节.  
Redis中的对象结构定义为(`redis.h`):

typedef struct redisObject { 
        unsigned type:4;
        unsigned encoding:4;
        unsigned lru:REDIS_LRU_BITS; /* lru time (relative to server.lruclock) */
        int refcount;
        void *ptr;
    } robj;

即对象结构中存在一个lru字段, 且使用了unsigned的低24位(REDIS\_LRU\_BITS定义的值).

Redis命令访问缓存的数据时,均会调用函数lookupKey, 其实现为(`db.c`):

robj *lookupKey(redisDb *db, robj *key) { 
        dictEntry *de = dictFind(db->dict,key->ptr);
        if (de) { 
            robj *val = dictGetVal(de);
    
            /* Update the access time for the ageing algorithm. * Don't do it if we have a saving child, as this will trigger * a copy on write madness. */
            if (server.rdb_child_pid == -1 && server.aof_child_pid == -1)
                val->lru = server.lruclock;
            return val;
        } else { 
            return NULL;
        }
    }

该函数会更新对象的lru值, 设置为全局的server.lruclock值.当然,在对象创建的时候也会将该lru字段设置为全局的server.lruclock.

全局的server.lruclock是在函数serverCron中调用函数updateLRUClock更新的(`redis.c`):

void updateLRUClock(void) { 
        server.lruclock = (server.unixtime/REDIS_LRU_CLOCK_RESOLUTION) &
                                                    REDIS_LRU_CLOCK_MAX;
    }

而全局的`server.unixtime`是在函数`serverCron`中调用函数`updateCachedTime`更新的(`redis.c`):

/* We take a cached value of the unix time in the global state because with * virtual memory and aging there is to store the current time in objects at * every object access, and accuracy is not needed. To access a global var is * a lot faster than calling time(NULL) */
    void updateCachedTime(void) { 
        server.unixtime = time(NULL);
        server.mstime = mstime();
    }

函数`serverCron`是定时器执行函数, 会周期性执行.Redis系统中全局变量`server.hz`设置为10, 则s`erverCron`的调度周期为100毫秒.也就是说,全局变量server.lruclock会每隔100毫秒得到更新,该字段也和对象结构的lru字段一样,也是使用了unsigned的低24位.

所以函数`lookupKey`中更新缓存数据的lru热度值时,不是调用的系统函数获得的当前时间戳,而是该值的一个近似值`server.lruclock`, 这样不用每次调用系统函数,可以提高执行效率.

函数`estimateObjectIdleTime`评估指定对象的lru热度,其实现为(`object.c`):

/* Given an object returns the min number of seconds the object was never * requested, using an approximated LRU algorithm. */
    unsigned long estimateObjectIdleTime(robj *o) { 
        if (server.lruclock >= o->lru) { 
            return (server.lruclock - o->lru) * REDIS_LRU_CLOCK_RESOLUTION;
        } else { 
            return ((REDIS_LRU_CLOCK_MAX - o->lru) + server.lruclock) *
                        REDIS_LRU_CLOCK_RESOLUTION;
        }
    }

其思想就是对象的lru热度值和全局的`server.lruclock`的差值越大, 该对象热度越低.但是,因为全局的`server.lruclock`数值有可能发生溢出(超过`REDIS_LRU_CLOCK_MAX`则溢出), 所以对象的lru数值可能大于`server.lruclock`数值. 所以计算二者的差值时,需考虑二者间的大小关系.

Redis系统没有使用一个全局的链表将所有的缓存数据管理起来,而是使用一种近似的算法来模拟LRU淘汰的效果:

*  首先可以节省内存占用.如果用全局的双向链表管理所有的缓存数据,则每个节点的两个指针字段将增加16字节(64位系统上).
 *  Redis系统中不同对象实现的可能是不同的结构,有的是比较复杂的复合结构. 如果再引入一个全局的链表,将增加代码复杂性,可读性也变差.

### 六、常见缓存算法总结 ###

#### 1.LRU ####

LRU全称是Least Recently Used，即最近最久未使用的意思。如果一个数据在最近一段时间没有被访问到，那么在将来它被访问的可能性也很小。也就是说，当限定的空间已存满数据时，应当把最久没有被访问到的数据淘汰。而用什么数据结构来实现LRU算法呢？  
可能大多数人都会想到：用一个数组来存储数据，给每一个数据项标记一个访问时间戳，每次插入新数据项的时候，先把数组中存在的数据项的时间戳自增，并将新数据项的时间戳置为0并插入到数组中。每次访问数组中的数据项的时候，将被访问的数据项的时间戳置为0。当数组空间已满时，将时间戳最大的数据项淘汰。这种实现思路很简单，但是有什么缺陷呢？需要不停地维护数据项的访问时间戳，另外，在插入数据、删除数据以及访问数据时，时间复杂度都是O(n)。  
那么有没有更好的实现办法呢？  
那就是利用链表移动访问时间的数据顺序和hashmap查询是否是新数据项。当需要插入新的数据项的时候，如果新数据项在链表中存在（一般称为命中），则把该节点移到链表头部，如果不存在，则新建一个节点，放到链表头部，若缓存满了，则把链表最后一个节点删除即可。在访问数据的时候，如果数据项在链表中存在，则把该节点移到链表头部，否则返回-1。这样一来在链表尾部的节点就是最近最久未访问的数据项。

#### 2.LFU ####

LFU（Least Frequently Used）最近最少使用算法。它是基于“如果一个数据在最近一段时间内使用次数很少，那么在将来一段时间内被使用的可能性也很小”的思路。  
注意LFU和LRU算法的不同之处，LRU的淘汰规则是基于访问时间，而LFU是基于访问次数的。举个简单的例子：  
假设缓存大小为3，数据访问序列为set(2,2),set(1,1),get(2),get(1),get(2),set(3,3),set(4,4)，  
则在set(4,4)时对于LFU算法应该淘汰(3,3)，而LRU应该淘汰(1,1)。  
为了能够淘汰最少使用的数据，因此LFU算法最简单的一种设计思路就是 利用一个数组存储 数据项，用hashmap存储每个数据项在数组中对应的位置，然后为每个数据项设计一个访问频次，当数据项被命中时，访问频次自增，在淘汰的时候淘汰访问频次最少的数据。这样一来的话，在插入数据和访问数据的时候都能达到O(1)的时间复杂度，在淘汰数据的时候，通过选择算法得到应该淘汰的数据项在数组中的索引，并将该索引位置的内容替换为新来的数据内容即可，这样的话，淘汰数据的操作时间复杂度为O(n)。

#### 3.FIFO ####

FIFO（First in First out），先进先出。其实在操作系统的设计理念中很多地方都利用到了先进先出的思想，比如作业调度（先来先服务），为什么这个原则在很多地方都会用到呢？因为这个原则简单、且符合人们的惯性思维，具备公平性，并且实现起来简单，直接使用数据结构中的队列即可实现。在FIFO Cache设计中，核心原则就是：如果一个数据最先进入缓存中，则应该最早淘汰掉。  
那么利用什么数据结构来实现呢？  
下面提供一种实现思路：利用一个双向链表保存数据，当来了新的数据之后便添加到链表末尾，如果Cache存满数据，则把链表头部数据删除，然后把新的数据添加到链表末尾。在访问数据的时候，如果在Cache中存在该数据的话，则返回对应的value值；否则返回-1。如果想提高访问效率，可以利用hashmap来保存每个key在链表中对应的位置。

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[https_blog.csdn.net_azurelaker_article_details_85045245]: https://blog.csdn.net/azurelaker/article/details/85045245
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