Redis 缓存淘汰策略

Redis 使用的时内存空间来存储数据的，避免业务应用从后端数据库中读取数据，可以提升应用的响应速度。但是内存空间毕竟有限，随着我们存储数据的不断增长，要缓存的数据量越来越大，当超过了我们的内存大小时，该怎么办呢？

解决方法有两种：增加物理内存、搭建 Redis 集群和缓存数据的淘汰机制。增加物理内存简单粗暴，价格十分昂贵，1TB 内存的价格大约是 4 万元左右。所以我们选择缓存数据的淘汰机制。使用简单来说，数据淘汰机制包括两步：第一，根据一定的策略，筛选出对应用访问来说"不重要"的数据；第二，将这些数据从缓存中删除，为新来的数据腾出空间。

在 Redis 的配置文件redis.conf文件中，配置maxmemory的大小参数如下所示：

maxmemory 4gb
# 使用以下命令配置 maxmemory
CONFIG SET maxmemory 4gb

倘若实际的存储中超出了 Redis 的配置参数的大小时，Redis 中有淘汰策略，把需要淘汰的 key 给淘汰掉，整理出干净的一块内存给新的 key 值使用。

Redis 4.0 之前一共实现了 6 种内存淘汰策略，在 4.0 之后，又增加了 2 种策略。我们可以按照是否会进行数据淘汰把它们分成两类：

• 不进行数据淘汰的策略，只有 noeviction 这一种。
• 会进行淘汰的 7 种其他策略。会进行淘汰的 7 种策略，我们可以再进一步根据淘汰候选数据集的范围把它们分成两类：
  • 在设置了过期时间的数据中进行淘汰，包括 volatile-random、volatile-ttl、volatile-lru、volatile-lfu（Redis 4.0 后新增）四种。
  • 在所有数据范围内进行淘汰，包括 allkeys-lru、allkeys-random、allkeys-lfu（Redis 4.0 后新增）三种。

• volatile-ttl：表示在设置可过期时间的键值对中，根据过期时间的先后进行淘汰数据，越早被过期的数据，越先被淘汰。
• volatile-random：从名字可以看出来，就是在设置了过期时间的键值对中，随机淘汰数据。
• volatile-lru：会根据 lru 算法进行数据的淘汰
• allkeys-random：在全部的键值对数据中，进行数据的随机淘汰。
• allkeys-lru：在全部的键值对数据中，根据 lru 算法进行数据的淘汰。
• allkeys-lfu：在全部的键值对数据中，根据 lfu 算法进行数据的淘汰。

默认情况下，Redis 在使用的内存空间超过 maxmemory 值时，并不会淘汰数据，也就是设定的 noeviction 策略。对应到 Redis 缓存，也就是指，一旦缓存被写满了，再有写请求来时，Redis 不再提供服务，而是直接返回错误。Redis 用作缓存时，实际的数据集通常都是大于缓存容量的，总会有新的数据要写入缓存，这个策略本身不淘汰数据，也就不会腾出新的缓存空间，我们不把它用在 Redis 缓存中。

例如，我们使用 EXPIRE 命令对一批键值对设置了过期时间后，无论是这些键值对的过期时间是快到了，还是 Redis 的内存使用量达到了 maxmemory 阈值，Redis 都会进一步按照 volatile-ttl、volatile-random、volatile-lru、volatile-lfu 这四种策略的具体筛选规则进行淘汰。

• volatile-ttl 在筛选时，会针对设置了过期时间的键值对，根据过期时间的先后进行删除，越早过期的越先被删除。
• volatile-random 就像它的名称一样，在设置了过期时间的键值对中，进行随机删除。
• volatile-lru 会使用 LRU 算法筛选设置了过期时间的键值对。
• volatile-lfu 会使用 LFU 算法选择设置了过期时间的键值对。

可以看到，volatile-ttl 和 volatile-random 筛选规则比较简单，而 volatile-lru 因为涉及了 LRU 算法，所以我会在分析 allkeys-lru 策略时再详细解释。volatile-lfu 使用了 LFU 算法，我会在第 26 讲中具体解释，现在你只需要知道，它是在 LRU 算法的基础上，同时考虑了数据的访问时效性和数据的访问次数，可以看作是对淘汰策略的优化。

相对于 volatile-ttl、volatile-random、volatile-lru、volatile-lfu 这四种策略淘汰的是设置了过期时间的数据，allkeys-lru、allkeys-random、allkeys-lfu 这三种淘汰策略的备选淘汰数据范围，就扩大到了所有键值对，无论这些键值对是否设置了过期时间。它们筛选数据进行淘汰的规则是：

• allkeys-random 策略，从所有键值对中随机选择并删除数据；
• allkeys-lru 策略，使用 LRU 算法在所有数据中进行筛选。
• allkeys-lfu 策略，使用 LFU 算法在所有数据中进行筛选。

这也就是说，如果一个键值对被删除策略选中了，即使它的过期时间还没到，也需要被删除。当然，如果它的过期时间到了但未被策略选中，同样也会被删除。

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