Redis高可用高性能缓存的应用系列03 - 缓存过期淘汰策略LRU、LFU

概述

Redis高可用高性能缓存的应用系列的第3篇，主要介绍Redis缓存过期淘汰策略的知识点。

Redis过期键删除策略

Redis设置key时，都会设置一个过期时间，那么当过期时间到了都是怎么处理的？

Redis同时使用了惰性过期和定期过期两种方式的缓存淘汰策略。

(资料图片)

惰性过期：只有当这个key被访问时，才会判断是否过期，过期则要清理掉，他可以节省CPU的资源，但是会浪费内存的资源，会出现大量过的Key没有被访问过，从而不会被清除，导致内容占用越来越大。定期过期：每隔一段时间，扫描一定数量的设置了过期时间的key，假如过期了则进行删除操作。

定期过期的执行过程

Redis默认每秒进行10次过期扫描：

1.从过期字典中随机选择20个key

2.删除这20个key中已过期的

3.如果超过25%的key过期，则重复第一步

同时，为了保证业务不受影响，Redis还设置了扫描的时间上限，默认不会超过25ms

内存淘汰策略

1.假如内存不足时，Redis会根据设置的淘汰策略，删除一些不常用的数据，保证Redis的正常使用,所有的前提都是加入键的时候如果超过Redis内存设定的限制后,Redis采用的服务。

1.noeviction: 不会在写入，写入会报错。

2.allkeys-lru:首先通过LRU算法驱逐最久没有使用的键

3.volatile-lru:首先从设置了过期时间的键集合中驱逐没有最久使用的键

4.allkeys-random:从所有过期字典中的key随机删除

5.volatile-random：从过期键的集合中随机驱逐

6.volatile-ttl:从配置了过期时间的键中，驱逐马上就要过期的键

7.volatile-lfu:从配置了过期时间的键中驱逐使用频率最少得键

8.allkeys-lfu:从所有键中使用频率最少的键

LRU

根据最近被使用的时间，距离当前最远的数据优化被淘汰,当有新增key 或者是被访问时，元素会被追加在队尾，需要淘汰时从头部开始淘汰，这个是LRU的思想。

在Redis redisObject 中，维护了一个24位的时钟(有点类似于Cpu的频率)，可以简单理解为Cpu对内存使用的时间戳，每个Key对应的也维护了同样24位的时间戳。

比如现在要进行LRU，首先拿到当前系统的时间钟，和Redis redisObject 内存的LRU时间钟对差值计算，差最大的进行淘汰，这里需要注意的是，全局时钟只有24位，按秒计算的话，最多可以存储194天，所以可能出现key时钟大于全局时钟的情况，但是Redis的LRU不会对全局的时钟进行比对，他会从设置了过期时间的key中进行比对。

struct redisObject {    unsigned lru:LRU_BITS; /* LRU time (relative to global lru_clock) or                            * LFU data (least significant 8 bits frequency                            * and most significant 16 bits access time). */};

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LFU

LRU只考虑了使用的时间，但是没有考虑Key使用的次数，Redis4.0 以后，新增了LFU的淘汰策略，根据使用时间和次数最为淘汰的权重。

LFU把之前LRU的24bit拆分成两部分，16bit的时间钟和8it的访问频率，8bit比较小，在源码的evict文件中给出了数据。

uint8_t LFULogIncr(uint8_t counter) {    if (counter == 255) return 255;    double r = (double)rand()/RAND_MAX;    double baseval = counter - LFU_INIT_VAL;    if (baseval < 0) baseval = 0;    double p = 1.0/(baseval*server.lfu_log_factor+1);    if (r < p) counter++;    return counter;}

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