redis过期删除及内存淘汰策略

redis的内存管理机制。

最大内存限制

redis的内存消耗划分。

redis使用maxmemory限制最大使用内存，
默认无限使用服务器内存，为防止极端情况内存耗尽，所以尽量为redis进程配置maxmemory，
maxmemory限制的是used_memory，由于有内存碎片的存在，
所以redis进程实际使用内存可能会比设置的maxmemory大，实际应用中要注意这部分的溢出。

redis是基于内存的数据库，内存是相对珍贵的资源，
服务器的内存是比较有限的，如果我们一直往redis中存放数据，
总会有占满的时候，这个问题是如何解决的？

过期策略

redis采用定期过期+惰性过期策略。

定期过期

每隔一段时间，随机抽取一部分的key，查看是否超过过期时间，
如果过期了，就删除，
默认100ms，在配置文件redis.conf中有一个hz属性，可以设置，
默认为10，表示1s执行10次，即100ms执行一次。

之所以不是全部，是因为如果有大量key设置了过期时间，检测一遍会给CPU造成较大负担。

为什么不一过期就直接删除，要实现这种操作，需要对每个设置了过期时间的key，
创建一个定时器，一旦过期就立即删除，这样会给CPU带来比较大的负载，
进而影响系统的响应时间和吞吐量。

惰性过期

当超过了过期时间，先不去管它，等到key被访问的时候，我们再删除它。

光靠过期策略是不能完全解决问题的。

内存淘汰策略

缓存写满是无可避免的，那内存不足时如何淘汰旧数据？

redis.conf中定义了八种内存淘汰策略来处理这种场景。

# volatile-lru -> remove the key with an expire set using an LRU algorithm
	内存不足以写入新数据时，在设置了过期时间的key中，删除最近最少使用的key；
# allkeys-lru -> remove any key according to the LRU algorithm
	内存不足以写入新数据时，在所有的key中，删除最近最少使用的key；
# volatile-lfu -> remove the key with an expire set using an LFU algorithm
	内存不足以写入新数据时，在设置了过期时间的key中，删除最不经常使用的key；
# allkeys-lfu -> remove any key according to the LFU algorithm
	内存不足以写入新数据时，在所有的key中，删除最不经常使用的key；
# volatile-random -> remove a random key with an expire set
	内存不足以写入新数据时，在设置了过期时间的key中，随机删除某个key；
# allkeys-random -> remove a random key, any key
	内存不足以写入新数据时，在所有的key中，随机删除某个key；
# volatile-ttl -> remove the key with the nearest expire time (minor TTL)
	内存不足以写入新数据时，在设置了过期时间的key中，删除过期时间最早的key；
# noeviction -> don't expire at all, just return an error on write operations
	内存不足以写入新数据时，直接返回错误，不删除任何key（默认策略）。
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redis4.0以前是6中，4.0之后又加了两种。

根据是否会淘汰数据、淘汰数据的范围把他们分类，

这其中涉及到了LRU、LFU两种淘汰算法。

内存淘汰算法

LFU（least frequently used）

LFU算法的思想是：
如果一个数据，很少被访问到，那么可以认为它在将来被访问的可能性也很小，因此先淘汰。

LRU（least recently used）

LRU算法的思想是：
如果一个数据在一段时间内，很少被访问到，那么可以认为它在将来被访问的可能性也很小，因此先淘汰。

LRU会在LFU的基础上，同时考虑数据访问的时效性。

LRU算法会把所有key组织成一个链表，链表的头部是MRU（maximum recently used）端，最近最常使用端，
尾部是LRU最近最不常用端。

下面是它的演化过程，

LRU算法在实际使用中，需要用链表管理所有的key，当有数据被访问时，需要在链表上把对应数据移动到MRU端，
这会带来额外的空间开销，如果大量数据被访问，还会频繁地操作链表，进而降低性能。

在redis中，LRU算法被做了简化：
redis会记录key最后一次被访问的时间戳，在redisObject中的lru字段；
关于redis核心对象redisObject，可以看上一篇：redis五种数据类型对应的底层数据结构。
在决定淘汰数据时，首先会随机选出n条key，把它们作为一个候选集合；
然后比较这n条key的lru，把lru最小，即最早的数据删除。

redis配置中有一个参数：maxmemory-samples，这就是随机选择的条数。

refs：
程序员历小冰：详解Redis内存管理机制和实现
程序员历小冰：一文了解Redis内存监控和内存消耗
FrankYou：Redis内存淘汰策略
qq_547026179：Redis过期策略以及内存淘汰机制