Redis 过期键删除策略及缓存淘汰策略

淡淡的烟草味﹌ 2022-09-14 09:57 250阅读 0赞

Redis作为缓存，对应的key值可以设置expire的过期时间，与此对应的，其也有三种过期键的淘汰删除策略。

## 一、过期键删除策略 ##

**1、定时删除**  
含义：在设置key的过期时间的同时，为该key创建一个定时器，让定时器在key的过期时间来临时对key进行删除；  
**优点：** 保证内存被尽快释放  
**缺点**：若过期key很多，删除这些key会占用很多的CPU时间，在CPU时间紧张的情况下，CPU不能把所有的时间用来做要紧的事儿，还需要去花时间删除这些key定时器的创建耗时，若为每一个设置过期时间的key创建一个定时器（将会有大量的定时器产生），性能影响严重，所以基本较少使用。

**2、惰性删除**  
含义：key过期的时候不删除，每次从数据库获取key的时候去检查是否过期，若过期，则删除，返回null。  
**优点：** 删除操作只发生在从数据库取出key的时候发生，而且只删除当前key，所以对CPU时间的占用是比较少的，而且此时的删除是已经到了非做不可的地步（如果此时还不删除的话，我们就会获取到了已经过期的key了）；  
**缺点：** 若大量的key在超出超时时间后，很久一段时间内，都没有被获取过，那么可能发生内存泄露（无用的垃圾占用了大量的内存）；

**3、定期删除**  
含义：每隔一段时间执行一次删除(在redis.conf配置文件设置hz，1s刷新的频率)过期key操作；  
**优点：**  
（1）通过限制删除操作的时长和频率，来减少删除操作对CPU时间的占用–处理"定时删除"的缺点；  
（2）定期删除过期key–处理"惰性删除"的缺点；  
**缺点：**  
（1）在内存友好方面，不如"定时删除"；  
（2）在CPU时间友好方面，不如"惰性删除"；  
**难点：** 合理设置删除操作的执行时长（每次删除执行多长时间）和执行频率（每隔多长时间做一次删除）（这个要根据服务器运行情况来定了）

## **二、缓存淘汰策略** ##

对应，可能由于我们过期键的删除策略设置不合理（如惰性删除却有大量的key在很长的一段时间内没有被获取，或者说有大量没有过期的键存在，都可能导致我们redis的内存溢出的现象出现，那么这个时候，如果我们要再往redis中存放数据，就应该有对应的缓存淘汰策略，删除掉某些键。

**1、淘汰算法：  
（1）LRU算法**  
LRU（Least recently used，最近最少使用）算法根据数据的历史访问记录来进行淘汰数据，其核心思想是“如果数据最近被访问过，那么将来被访问的几率也更高”。  
**基本思路：**

*  新数据插入到列表头部；
 *  每当缓存命中（即缓存数据被访问），则将数据移到列表头部；
 *  当列表满的时候，将列表尾部的数据丢弃。

在服务器配置中保存了 lru 计数器 server.lrulock，会定时（redis 定时程序 serverCorn()）更新，server.lrulock 的值是根据 server.unixtime 计算出来进行排序的，然后选择最近使用时间最久的数据进行删除。另外，从 struct redisObject 中可以发现，每一个 redis 对象都会设置相应的 lru。每一次访问数据，会更新对应redisObject.lru。

**（2）TTL（time to live）**  
Redis 数据集数据结构中保存了键值对过期时间的表，即 redisDb.expires。与 LRU 数据淘汰机制类似，TTL 数据淘汰机制中会先从过期时间的表中随机挑选几个键值对，取出其中 ttl 最大的键值对淘汰。同样，TTL淘汰策略并不是面向所有过期时间的表中最快过期的键值对，而只是随机挑选的几个键值对。

**（3）随机算法**  
在随机淘汰的场景下获取待删除的键值对，随机找hash桶再次hash指定位置的dictEntry即可。

**2、删除范围：** 针对所有的key值或有设置过期时间的key值

**3、六种缓存淘汰策略**  
**（1）noeviction:** 不删除策略, 达到最大内存限制时, 如果需要更多内存, 直接返回错误信息。 大多数写命令都会导致占用更多的内存(有极少数会例外, 如 DEL )。  
**（2）allkeys-lru:** 所有key通用; 优先删除最近最少使用(less recently used ,LRU) 的 key。  
**（3）volatile-lru:** 只限于设置了 expire 的部分; 优先删除最近最少使用(less recently used ,LRU) 的 key。  
**（4）allkeys-random:** 所有key通用; 随机删除一部分 key。  
**（5）volatile-random:** 只限于设置了 expire 的部分; 随机删除一部分 key。  
**（6）volatile-ttl:** 只限于设置了 expire 的部分; 优先删除剩余时间(time to live,TTL) 短的key。