Redis中的淘汰策略

前言

本文主要说明在Redis面临key过期和内存不足的情况时，可以采用什么策略进行解决问题。

Redis中是如何应对过期数据的

正如我们知道的Redis是基于内存的、单线程的一个中间件，在面对过期数据的时候，Redis并不会去直接把它从内存中进行剔除，因为Redis是单线程的，如果出现了过期key就立马去删除，可能会影响到主要的业务的执行

在Redis中提供了以下两种删除过期键值的策略

惰性删除

工作原理： 惰性删除就出现过期了也不去管他，等某个请求访问到这条数据的时候，判断是否过期，过期就删除，并返回null
优点： 每次访问过期数据才会进行删除操作，占用相对较少的系统资源
缺点： 过期数据占用的空间清理不及时，导致空间利用率低，浪费内存空间

定期删除

工作原理： 每隔一段时间，检测数据库，随机删除一些过期数据
优点： 通过限制删除操作的时长和频率，来减少删除操作对主业务的影响，同时也能减轻内存空间的压力
缺点： 没有惰性删除的系统资源占用少，本身还是存在一定的空间浪费

定期删除工作流程

举个简单的例子：

1. 定期中从设置过期时间的key字典中随机取出一定数量的key，
2. 删除一定数量中过期key，
3. 如果这个过期key占25%，重复1步骤

为了防止出现循环过度造成线程卡死，redis中设置了默认扫描时间25ms，流程图如下：

Redis的内存淘汰策略

当Redis中的内存使用超过最大使用内存数后，会使用内存淘汰策略删除 来保证redis的正常运行

1. noeviction（不淘汰）： 当内存不足以容纳新写入数据时，新写入操作会报错。
2. allkeys-lru（最近最少使用）： 从键空间中选择最近最少使用的键淘汰。
3. allkeys-lfu（最不经常使用）： 从键空间中选择最不经常使用的键淘汰。
4. allkeys-random（随机淘汰）： 从键空间中随机选择键淘汰。
5. volatile-lru（最近最少使用）： 从设置了过期时间的键中选择最近最少使用的键淘汰。
6. volatile-lfu（最不经常使用）： 从设置了过期时间的键中选择最不经常使用的键淘汰。
7. volatile-random（随机淘汰）： 从设置了过期时间的键中随机选择键淘汰。
8. volatile-ttl（最短过期时间）： 从设置了过期时间的键中选择离过期时间最近的键淘汰。

这些淘汰策略可以通过在 Redis 配置文件或在运行时通过相关命令进行配置。根据具体业务需求和数据访问模式，选取合适的淘汰策略可以提高 Redis 的性能和内存利用率。

实际是三大类，noeviction、allkey-xxx、volatile-xxx

LRU 与 LFU

LRU (Last Recently Used)

LRU 策略按照最近最少使用的原则淘汰数据。当缓存空间不足时，会优先淘汰最长时间未被访问的数据。LRU 策略维护一个访问时间顺序的队列，每次访问数据时，将数据移动到队列的末尾。当需要淘汰数据时，从队列的头部淘汰最久未被访问的数据。

LFU (Last Frequently Used)

LFU 策略按照最不经常使用的原则淘汰数据。LFU 策略维护每个数据被访问的频率信息，当缓存空间不足时，会优先淘汰访问频率最低的数据。LFU 策略需要为每个数据维护一个访问频率计数器，每次访问数据时，将对应的计数器值加一。当需要淘汰数据时，选择访问频率最低的数据进行淘汰。

主要区别

1. LRU 按照最近最少使用进行淘汰，LFU按照最不经常使用进行淘汰。
2. LRU维护一个顺序表，LFU维护一个计数器
3. LRU关注访问顺序，LFU关注访问频率
4. LRU假设最近被访问的可能会被再次访问，LFU假设访问次数最少的键是最不常用的

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