這一期我們一塊兒來看看 Redis 的內存淘汰策略~html
爲何要有內存淘汰機制
你們都知道 Redis 中的鍵會設置過時時間，當到達過時時間時會經過必定策略清除對應 key，可是 redis 內存是由上限的，當達到內存上限時，就要經過必定策略淘汰掉相應 kv 鍵值對。git
Redis 內存上限
maxmemory 配置選項使用來配置 Redis 的存儲數據所能使用的最大內存限制。能夠經過在內置文件redis.conf中配置，也可在Redis運行時經過命令CONFIG SET來配置。例如，咱們要配置內存上限是100M的Redis緩存，那麼咱們能夠在 redis.conf 配置以下：github
maxmemory 100mb
複製代碼
設置 maxmemory 爲 0 表示沒有內存限制。在 64-bit 系統中，默認是 0 無限制，可是在 32-bit 系統中默認是 3GB。redis
當存儲數據達到限制時，Redis 會根據情形選擇不一樣策略，或者返回errors（這樣會致使浪費更多的內存），或者清除一些舊數據回收內存來添加新數據。算法
Redis 內存淘汰策略
- noenviction：不清除數據，只是返回錯誤，這樣會致使浪費掉更多的內存，對大多數寫命令（DEL 命令和其餘的少數命令例外）
- allkeys-lru：從全部的數據集中挑選最近最少使用的數據淘汰，以供新數據使用
- volatile-lru：從已設置過時時間的數據集中挑選最近最少使用的數據淘汰，以供新數據使用
- allkeys-random：從全部數據集中任意選擇數據淘汰，以供新數據使用
- volatile-random：從已設置過時時間的數據集中任意選擇數據淘汰，以供新數據使用
- volatile-ttl：從已設置過時時間的數據集中挑選將要過時的數據淘汰，以供新數據使用
- volatile-lfu：從全部配置了過時時間的鍵中淘汰使用頻率最少的鍵
- allkeys-lfu：從全部鍵中淘汰使用頻率最少的鍵
回收的過程
理解回收過程是運做流程很是的重要，回收過程以下：緩存
- 一個客戶端運行一個新命令，添加了新數據。
- Redis檢查內存使用狀況，若是大於maxmemory限制，根據策略來回收鍵。
- 一個新的命令被執行，如此等等。
咱們添加數據時經過檢查，而後回收鍵以返回到限制如下，來接二連三的穿越內存限制的邊界。dom
若是一個命令致使大量的內存被佔用(好比一個很大的集合保存到一個新的鍵)，那麼內存限制很快就會被這個明顯的內存量所超越。post
近似LRU算法
Redis的LRU算法不是一個嚴格的LRU實現。這意味着Redis不能選擇最佳候選鍵來回收，也就是最久未被訪問的那些鍵。相反，Redis 會嘗試執行一個近似的LRU算法，經過採樣一小部分鍵，而後在採樣鍵中回收最適合(擁有最久訪問時間)的那個。性能
然而，從Redis3.0開始，算法被改進爲維護一個回收候選鍵池。這改善了算法的性能，使得更接近於真實的LRU算法的行爲。Redis的LRU算法有一點很重要，你能夠調整算法的精度，經過改變每次回收時檢查的採樣數量。url
這個參數能夠經過以下配置指令：
maxmemory-samples 5
複製代碼
Redis沒有使用真實的LRU實現的緣由，是由於這會消耗更多的內存。然而，近似值對使用Redis的應用來講基本上也是等價的。
LFU
LFU (Least frequently used) 最不常用算法。而 LRU 是最近最少使用算法。
從 Redis 4.0 開始，可使用 LFU 過時策略。這種模式在某些狀況下可能會更好（提供更好的命中率/未命中率），由於使用 LFU Redis 會嘗試跟蹤項目的訪問頻率，所以不多使用的項目會被淘汰，而常用的項目有更高的機會留在內存中。
那爲何會出現 LFU 算法那？你們請看下面的場景：
A - A - A - - - A - A -A - - -
B - - - - B - - B - - - - - - B
複製代碼
若是是 LRU 算法 那麼會淘汰 A，由於 B 是最近使用的，可是很明顯 A 的使用頻率是最高的，理應留下 A，因此 LFU 算法應運而生。（淘汰最少使用的 key）
LFU 把原來的 key 對象的內部時鐘的24位分紅兩部分，前16位還表明時鐘，後8位表明一個計數器, 稱爲Morris 計數器。後8位表示當前key對象的訪問頻率，8位只能表明255，可是 redis 並無採用線性上升的方式，而是經過一個複雜的公式，經過配置兩個參數來調整數據的遞增速度。
下圖從左到右表示key的命中次數，從上到下表示影響因子，在影響因子爲100的條件下，通過10M次命中才能把後8位值加滿到255.
| factor | 100 hits | 1000 hits | 100K hits | 1M hits | 10M hits |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 104 | 255 | 255 | 255 | 255 |
| 1 | 18 | 49 | 255 | 255 | 255 |
| 10 | 10 | 18 | 142 | 255 | 255 |
| 100 | 8 | 11 | 49 | 143 | 255 |
這個參數是可配置的的，經過這個：
lfu-log-factor 10
複製代碼
上說的是計數器的增加，那麼什麼狀況削減那？
默認是 若是一個 key 每一分鐘沒使用，Morris 計數器 就削減 1. 這個也能夠經過下面進行配置：
lfu-decay-time 1
複製代碼
有個問題就是，新的 key 怎麼辦，豈不是上來就被淘汰？
爲了不這種問題 Redis 默認狀況下新分配的key的後8位計數器的值爲5，防止由於訪問頻率太低而直接被刪除。
總結
Redis 爲了不內存超出容量，使用特定的內存淘汰策略來釋放內存，主要思想是 LRU 和 Redis 4.0 推出的 LFU 算法。LRU 是最近最少使用算法，LFU 是最少使用算法。