中间件专栏之Redis篇——Redis中过期key删除和内存淘汰策略

在Redis中，过期键的删除和内存淘汰策略是管理Redis内存的重要机制，确保Redis可以高效地使用内存，并避免由于内存不足导致的性能问题。以下是这两个概念的详细介绍：

一、过期键删除机制

Redis支持对存储的键设置过期时间（TTL, Time to Live），过期时间到达后，Redis会自动删除这些键。Redis对过期键的删除机制并不是严格的“实时”删除，而是采用了一些优化策略。

1. 过期键的删除方式

Redis中，过期键删除的方式分为两种：

• 定期删除：Redis每隔一定时间会随机检查一部分带有过期时间的键，并删除那些已经过期的键。默认情况下，每100毫秒会进行一次检查。

• 惰性删除：每次访问某个键时，如果发现该键已过期，Redis会在访问时删除这个键。这意味着过期的键不会立即删除，直到被访问时才会删除。

这两种方式的结合保证了Redis能够在保证性能的同时，避免内存占用过多的过期键。

2. 过期键的删除策略

• 惰性删除：即键在被访问时，如果发现其过期，则立即删除。虽然这种方法简单，但如果没有被访问到的过期键仍然占用内存，可能会导致内存浪费。

• 定期删除：Redis每隔一定时间会扫描一定比例的过期键并删除，这可以有效防止过期键占用内存，但也有一定的性能开销。

3. 过期策略的缺点

• 延迟删除：由于过期键是在访问时被删除的，如果某个过期键长时间没有被访问到，它会一直占用内存，直到它被随机扫描到。
• 性能开销：定期删除机制会消耗CPU和内存资源，尤其在大规模数据集和高并发环境下。

二、内存淘汰策略

Redis采用内存淘汰策略来管理内存使用，确保Redis在内存使用达到限制时不会出现崩溃。Redis提供了多种内存淘汰策略，这些策略决定了在内存不足时，Redis会如何选择和删除数据。

1. 内存淘汰策略类型

在Redis配置中，maxmemory-policy设置了内存淘汰的策略，当Redis的内存使用超过了maxmemory配置指定的限制时，会根据选择的策略决定如何处理内存：

• noeviction（默认）：当内存达到限制时，Redis会拒绝所有写入请求，并返回一个错误提示（OOM command not allowed when used memory > 'maxmemory'）。这意味着在内存不足时，Redis会拒绝写入操作，而不会自动删除数据。

• allkeys-lru：Redis会从所有键中删除最少使用的键（LRU，Least Recently Used）。LRU算法会选择最近最少使用的键进行删除。

• volatile-lru：只从设置了过期时间的键中删除最少使用的键。如果某个键已经过期并且被选中进行删除，则删除该键。

• allkeys-random：从所有键中随机删除一些键。

• volatile-random：只从设置了过期时间的键中随机删除一些键。

• volatile-ttl：只从设置了过期时间的键中，删除那些剩余时间最短的键（TTL，Time to Live）。

• allkeys-lfu（Redis 4.0+）：Redis会从所有键中删除最不常使用的键。LFU（Least Frequently Used）算法会选择那些使用频率最低的键进行删除。

• volatile-lfu（Redis 4.0+）：只从设置了过期时间的键中删除最不常使用的键。

2. 内存淘汰策略的选择

不同的内存淘汰策略适用于不同的使用场景，下面是一些常见策略的适用情况：

• noeviction：适用于对数据的完整性有很高要求的场景，在这种场景下，Redis会拒绝写入操作，直到有足够的内存为止，避免丢失数据。

• allkeys-lru：适用于希望缓存数据可以被替换的场景。LRU算法能够较好地保证常用数据的保留，淘汰不常用的数据。

• volatile-lru：适用于希望对过期数据进行管理的场景，确保只有那些设置了过期时间的数据被淘汰。

• allkeys-random：适用于需要简单且不需要考虑过期的场景，或者数据集较小且内存不紧张的场景。

• volatile-ttl：适用于希望淘汰即将过期的数据的场景，例如会话管理中，接近过期的会话优先被清除。

• allkeys-lfu：适用于缓存热点数据的场景，LFU算法能够根据数据的访问频率来选择需要淘汰的数据，避免热门数据被删除。

总结

• 过期键删除：Redis通过惰性删除和定期删除相结合的方式来管理过期键。惰性删除在键被访问时删除过期键，而定期删除则定期扫描并删除过期的键。这些方法虽然能够有效减少内存的浪费，但仍可能导致延迟删除和性能开销。

• 内存淘汰策略：Redis提供多种内存淘汰策略，在内存达到配置限制时，Redis根据不同的策略删除键，以释放内存。用户可以根据业务需求选择合适的策略，如LRU、LFU等。