Redis 数据过期删除和内存淘汰策略

思维导图

数据过期删除策略的思维导图如下：

内存淘汰策略的思维导图如下：

一、数据过期策略

（一）什么是 Redis 的数据过期删除策略？

Redis 支持对数据设置有效时间，数据过期以后，Redis 就需要将数据从内存中删除。

比如： set name qingxue 10

那么 name - qingxue 的有效时间就是 10 秒

Redis 里的数据可以按照不同的规则进行删除，这种删除规则就被称之为数据过期删除策略。

数据过期删除策略 = 过期删除策略 = 数据过期策略 = 数据删除策略

（二）Redis 的数据删除策略有哪些？

1. 惰性删除

什么是惰性删除： 设置该 key 过期时间后，我们不去管它，当需要该 key 时，我们再检查其是否过期，如果过期，我们就删掉它，反之返回该 key。

比如：

set name zhangsan 10

get name // 发现 name 过期了，直接删除该 key

优点： 对 CPU 友好，只会在使用该 key 时才会进行过期检查，对于很多用不到的 key 不用浪费时间进行过期检查。

缺点： 对内存不友好，如果一个 key 已经过期，但是一直没有使用，那么该 key 就会一直存在内存中，内存永远不会释放。如果大量的 key 已经过期，都没人访问、也不会删除，就会造成内存浪费。

2. 定期删除

什么是定期删除： 每隔一段时间，我们就对 一些 key 进行检查，删除 Redis 里面过期的 key（从一定数量的数据库中取出一定数量的随机 key 进行检查，并删除其中的过期key）。

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定期清理有两种模式：SLOW 模式 和 FAST 模式

• SLOW 模式是定时任务。
  • 执行频率默认为10hz，10 hz = 每秒执行 10 次 = 每个执行固定耗时 100 ms
  • 每次清理操作的耗时不能超过 25 ms，因为清理操作要尽量少得去影响主进程操作。
  • hz 可以通过修改配置文件 redis.conf 的 hz 选项来调整这个次数
• FAST 模式执行频率不固定。
  • 但是，两次清理操作的时间间隔不低于 2 ms；
  • 每次清理操作的耗时不能超过1ms，这个时间更短，主要原因是尽量不要占用主进程的操作。

优点：

• 可以通过限制删除操作执行的时长和频率来减少删除操作对 CPU 的影响。
• 另外，定期删除也能有效释放过期键占用的内存。

缺点： 难以确定删除操作执行的时长和频率。

• 执行得太频繁，对 CPU 不友好
• 执行得太少，又和惰性删除一样，过期的数据不会得到及时释放。

（三）Redis 的过期删除策略

Redis 的过期删除策略：惰性删除 + 定期删除 两种策略进行配合使用。

二、内存淘汰策略

（一）什么是内存淘汰策略？

当 Redis 中的内存不够用时，此时再向 Redis 中添加新的 key，那么 Redis 就会按照某一种规则将内存中的数据删除掉，这种数据的删除规则被称之为内存淘汰策略，有时也被称为数据淘汰策略。

内存淘汰策略 = 数据淘汰策略

数据过期策略 ≠ 内存淘汰策略

数据过期策略，说的是：某些 key 设置了过期时间删除的问题

内存淘汰策略，说的是：Redis 内存不够，却依然要往 Redis 里面添加数据的时候，Redis 就会按照某种规则将内存中的数据删掉。

（二）数据的淘汰策略有哪些？

Redis 支持 8 种不同策略来选择要删除的key：

1. noeviction：不淘汰任何key，但是内存满时不允许写入新数据（默认策略）
   

2. volatile-ttl：对设置了 TTL 的 key，比较 key 的剩余 TTL 值，TTL 越小就越先被淘汰。

3. allkeys-random：对全体 key，随机进行淘汰。

4. volatile-random：对设置了 TTL 的 key，随机进行淘汰。

5. allkeys-lru：对全体key，基于 LRU 算法进行淘汰。

6. volatile-lru：对设置了 TTL 的key，基于 LRU 算法进行淘汰。

7. allkeys-lfu：对全体 key，基于 LFU 算法进行淘汰。

8. volatile-lfu：对设置了 TTL 的 key，基于 LFU 算法进行淘汰。

这 8 种 策略不用全记住，重点记 LRU 和 LFU，面试的时候要会描述出这两种算法。

1. LRU

LRU（Least Recently Used）最近最少使用。

用当前时间减去最后一次访问时间，这个值越大则淘汰优先级越高。

比如：key1 是在 3s 前访问的，key2 是在 9s 前访问的，根据 LRU 算法，Redis 会删除 key2.

2. LFU

LFU（Least Frequently Used）最少频率使用。

会统计每个key的访问频率，值越小淘汰优先级越高。

比如：key1 最近访问了 4次，key2 最近访问了 9 次，根据 LFU 算法，Redis 会删除 key1.

（三）如何选择数据淘汰策略？

1.优先使用 allkeys-lru 策略。

如果业务没有任何要求，我们建议优先使用 allkeys-lru 策略。

因为这样可以充分利用 LRU 算法的优势，把最近最常访问的数据留在缓存中。

为什么不选择 LFU？

在实际应用中，访问频率不一定能准确反映数据的热度，

比如某个数据在某个时间段内它被访问了很多次，但是在其他时间段内就很少被访问，那这种时候如果仅仅按照访问频率来判断数据的热度，就可能会出现误判。

2.如果业务中数据访问频率差别不大，也没有明显冷热数据区分，建议使用 alkeys-random，随机选择淘汰。

3.如果业务中有置顶的需求，可以使用 volatile-lru 策略，同时置顶数据不设置过期时间，这些数据就一直不被删除会淘汰其他设置过期时间的数据。

4.如果业务中有短时高频访问的数据，可以使用 allkeys-lfu 或 volatile-lfu 策略。

三、相关面试题

1. Redis 的数据过期删除策略有哪些？

在 Redis 中提供了两种数据过期删除策略。

第一种是惰性删除，就是说在设置一个 key 的过期时间后，我们就不去管它。

当需要使用该 key 时，我们再检查其是否过期：

• 如果过期，我们就删掉它；
• 如果没过期，我们就返回该 key。

第二种是定期删除，就是说每隔一段时间，我们就对一些 key 进行检查，删除里面过期的 key。

定期清理有两种模式：

• SLOW 模式是定时任务，执行频率默认为10hz，每次不超过25ms，可以通过修改配置文件 redis.conf 的 hz 选项来调整这个次数。
• FAST 模式执行频率不固定，每次事件循环会尝试执行，但两次间隔不低于 2ms，每次耗时不超过1ms。

**Redis 的过期删除策略：**惰性删除 + 定期删除** 两种策略进行配合使用。

2. 内存淘汰策略有哪些？

等价问题：数据淘汰策略有哪些？

Redis 中提供了 8 种内存淘汰策略。

默认是 noeviction，不删除任何数据，内部不足直接报错。

淘汰策略是可以在 Redis 的配置文件中进行设置的。

这里面有两个非常重要的概念，一个是 LRU，另外一个是 LFU。

• LRU 就是最近最少使用
  • 用当前时间减去最后一次访问时间，这个值越大则淘汰优先级越高。
• LFU 就是最少频率使用
  • 会统计每个 key 的访问频率，值越小就越先淘汰

平常开发种常用的是 allkeys-lru，挑选最近最少使用的数据淘汰，把一些经常访问的 key 留在 Redis 中。

3. 数据库有 1000 万数据，Redis 只能缓存 20w 数据，如何保证 Redis 中的数据都是热点数据？

我们可以使用 allkeys-lru 淘汰策略，挑选最近最少使用的数据进行淘汰。

这样内存中留下来的都是经常访问的热点数据

4. Redis 内存用完了会发生什么？

主要看内存淘汰策略是什么。

如果是默认的配置 noeviction，会直接报错。