理解Redis的内存回收机制和过期淘汰策略

01

今天写这篇文章的灵感，来自之前一位好友投稿的面试题：redis 的过期策略有哪些？内存淘汰机制有哪些？我将工作中遇到的问题分析，整理成一篇文章提供大家学习，希望对大家有所帮助。

我们从一次广告数据问题说起：一个依赖定时器任务的生成接口数据，有时候会有，有时候没有。

然后我们分析应该是redis过期删除策略导致。

排查过程中，因为手动执行定时器，set数据没有报错，但是set后不生效。这就狠尴尬。

发现，set 没有报错，但是 set 完毕在查的情况下，发现没有数据。开始怀疑 redis 的过期策略（准确来说应该是 redis 的内存回收机制中的数据淘汰策略触发内存上限淘汰数据），导致新加入的的redis的数据都被丢弃了。

最终发现故障是因为配置问题，导致数据错误。（有时候也会因为内存满）

在这里我主要希望大家明白，我们遇到类似问题，如何有效证明正确性，以及什么情况下怀疑内存回收才是合理，所以内存回收机制的一系列问题，你也要知道了解。

02

Q：为什么需要内存回收？

A：第一种：在redis 中，set 指令可以指定 key 的过期时间，当过期时间达到以后，key 就会失效。

第二种：redis 是基于内存操作的，所有的数据都是保存在内存中，一台机器的内存是很宝贵的。

分析：根据以上这俩种，为了保证 redis 提供有效可靠的服务，redis 需要一种机制清理不常用的、无效的、多余的数据，失效后的数据需要及时清理，这就需要内存回收。

03

redis 的内存回收主要分为：过期删除策略 与 内存淘汰策略 俩部分。

过期删除策略：删除到达过期时间的 key 。（过期删除策略原理 - 结合文章，百度自行搜索）

第一种：定时删除

对于每一个设置了过期时间的 key 都会创建一个定时器，一旦达到过期时间都会删除。这种方式立即清除过期数据，对内存比较好，

但是有缺点是：占用了大量 CPU 的资源去处理过期数据，会影响 redis 的吞吐量 和 响应时间。

第二种：惰性删除

当访问一个 key 的时候，才会判断该 key 是否过期，如果过期就删除。该方式能最大限度节省 CPU 的资源。

但是对内存不太好，有一种比较极端的情况：出现大量的过期 key 没有被再次访问，因为不会被清除，导致占用了大量的内存。

第三种：定期删除

每隔一段时间，扫描redis 中过期key 的字典，并清除部分过期的key。这种方式是前俩种一种折中方法。

不同的情况下，调整定时扫描时间间隔，让CPU 与 内存达到最优。

内存淘汰策略：redis 内存淘汰策略是指达到maxmemory极限时，使用某种算法来决定来清理哪些数据，以保证新数据存入。（原理同上）

redis的内存淘汰机制分为：

（1）noeviction：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：当内存不足以容纳新写入数据时，在键空间中，移除最近最少使用的 key（这个是最常用的）。

（3）allkeys-random：当内存不足以容纳新写入数据时，在键空间中，随机移除某个 key。

（4）volatile-lru：当内存不足以容纳新写入数据时，在设置了过期时间的键空间中，移除最近最少使用的 key。

（5）volatile-random：当内存不足以容纳新写入数据时，在设置了过期时间的键空间中，随机移除某个 key。

（6）volatile-ttl：当内存不足以容纳新写入数据时，在设置了过期时间的键空间中，有更早过期时间的 key 优先移除。

04

总结：看完这些，我们得知道一点，如何证明故障不是由于内存回收机制引起的？

根据上述分析，set 没有报错，但是不生效，那么就2种情况：

（1）设置过期时间过短

（2）内存超过最大限制，且设置的是noeviction或者allkeys-random。

因此，在遇到这种情况，首先看set的时候是否加了过期时间，且过期时间是否合理，如果过期时间较短，那么应该检查一下设计是否合理。

如果过期时间没问题，那就需要查看Redis的内存使用率，查看Redis的配置文件或者在Redis中使用info命令查看Redis的状态，maxmemory属性查看最大内存值。

如果是0，则没有限制，此时是通过total_system_memory限制，对比used_memory与Redis最大内存，查看内存使用率。

如果当前的内存使用率较大，那么就需要查看是否有配置最大内存，如果有且内存超了，那么就可以初步判定是内存回收机制导致key设置不成功，还需要查看内存淘汰算法是否noeviction或者allkeys-random.

如果是，则可以确认是redis的内存回收机制导致。

如果内存没有超，或者内存淘汰算法不是上面的两者，则还需要看看key是否已经过期，通过ttl查看key的存活时间。

如果运行了程序，set没有报错，则ttl应该马上更新，否则说明set失败，如果set失败了那么就应该查看操作的程序代码是否正确了。

全文思维导图：

恭喜你，又读完了一篇文章。

在这里，希望你看完的 每篇文章 都能对自己有所提升（哪怕是帮助你再次巩固记忆）。