Redis的內存淘汰策略詳解
Redis佔用內存
Redis作爲內存型數據庫，在業務量過大的情況下，會出現內存不夠的情況（達到[maxmemory]設置值），當然機器內存足夠強大，數據可承受範圍會更大，但是這不是解決問題的方法。
Redis提供了兩種解決方法：
- 設置key的超時時間
- LRU算法
設置數據的超時時間（TTL）
關於設置數據的超時時間這個方法，是我們經常用到的，同時設置超時時間還可以在某些場景下滿足我們的業務需要：
- 驗證碼的失效時間
- 用戶token的失效時間
- ......
但是有沒有想過TTL的過期策略是什麼呢？
Redis的過期策略
redis的過期策略分爲：定期刪除 和 惰性刪除
定期刪除
Redis會將每個設置了過期時間的 key 放入到一個獨立的字典中，以後會定期遍歷這個字典來刪除到期的 key。
Redis 默認會每秒進行十次過期掃描（100ms一次），過期掃描不會遍歷過期字典中所有的 key，而是採用了一種簡單的貪心策略：
- 從過期字典中隨機20個key
- 刪除這 20 個 key 中已經過期的 key
- 如果過期的 key 比率超過 1/4，那就重複步驟 1
這裏隨機抽取就是爲了在數據量過大的情況下，遍歷大量的key，給CPU增加負擔
惰性刪除
惰性刪除就是在客戶端訪問這個key的時候，redis對key的過期時間進行檢查，如果過期了就立即刪除，不會給你返回任何東西。通常情況下我們在日常的使用過程中查詢已經過期的key，是比較容易觸發該機制的。
定期刪除是從比較大的層面做key的過期刪除，因爲其隨機性，導致會有過期key不能及時刪除的情況發生，惰性刪除是在某些情況下對定期刪除的一種彌補策略。
LRU
什麼是LRU算法？
- 新增key value的時候首先在鏈表結尾添加Node節點，如果超過LRU設置的閾值就淘汰隊頭的節點並刪除掉HashMap中對應的節點。
- 修改key對應的值的時候先修改對應的Node中的值，然後把Node節點移動隊尾。
- 訪問key對應的值的時候把訪問的Node節點移動到隊尾即可。
Redis使用的是近似LRU算法：近似LRU算法通過隨機採樣法淘汰數據，每次隨機出5（默認）個key，從裏面淘汰掉最近最少使用的key，可以通過maxmemory-samples參數修改採樣數量： 例：maxmemory-samples 10 maxmenory-samples配置的越大，淘汰的結果越接近於嚴格的LRU算法，但是同時對內存的消耗也越大。
Redis使用近似LRU算法，在基本滿足策略需要的情況，儘可能的降低了內存的消耗，CPU的佔用，在硬件滿足的情況的下，也可以通過maxmemory-samples的調整，無線接近於標準LRU算法。
Redis爲了實現近似LRU算法，給每個key增加了一個額外增加了一個24bit的字段，用來存儲該key最後一次被訪問的時間。
Redis3.0對近似LRU算法進行了一些優化。新算法會維護一個候選池（大小爲16），池中的數據根據訪問時間進行排序，第一次隨機選取的key都會放入池中，隨後每次隨機選取的key只有在訪問時間小於池中最小的時間纔會放入池中，直到候選池被放滿。當放滿後，如果有新的key需要放入，則將池中最後訪問時間最大（最近被訪問）的移除。當需要淘汰的時候，則直接從池中選取最近訪問時間最小（最久沒被訪問）的key淘汰掉就行。
內存淘汰策略
1. noeviction：當內存使用超過配置的時候會返回錯誤，不會驅逐任何鍵
2. allkeys-lru：加入鍵的時候，如果過限，首先通過LRU算法驅逐最久沒有使用的鍵
3. volatile-lru：加入鍵的時候如果過限，首先從設置了過期時間的鍵集合中驅逐最久沒有使用的鍵
4. allkeys-random：加入鍵的時候如果過限，從所有key隨機刪除
5. volatile-random：加入鍵的時候如果過限，從過期鍵的集合中隨機驅逐
6. volatile-ttl：從配置了過期時間的鍵中驅逐馬上就要過期的鍵
7. volatile-lfu：從所有配置了過期時間的鍵中驅逐使用頻率最少的鍵（Reidis4之後）
8. allkeys-lfu：從所有鍵中驅逐使用頻率最少的鍵（Reidis4之後）
LFU
LFU是在Redis4.0後出現的，LRU的最近最少使用實際上並不精確，考慮下面的情況，如果在|處刪除，那麼A距離的時間最久，但實際上A的使用頻率要比B頻繁，所以合理的淘汰策略應該是淘汰B。LFU就是爲應對這種情況而生的。
A~~A~~A~~A~~A~~A~~A~~A~~A~~A~~~|
B~~~~~B~~~~~B~~~~~B~~~~~~~~~~~~B|
參考：
https://zhuanlan.zhihu.com/p/105587132
https://www.cnblogs.com/vegetableDD/p/11890570.html
https://www.bilibili.com/video/BV1Cb411j7RA?p=8
https://segmentfault.com/a/1190000017555834