Redis的內存淘汰策略問題
Redis是基于內存的key-value數據庫，因為系統的內存大小有限，所以我們在使用Redis的時候可以配置Redis能使用的最大的內存大小。
Redis配置內存
1、通過配置文件配置 通過在Redis安裝目錄下面的redis.conf配置文件中添加以下配置設置內存大小
- //設置Redis最大占用內存大小為100M
- maxmemory
- 100mb
redis的配置文件不一定使用的是安裝目錄下面的redis.conf文件，啟動redis服務的時候是可以傳一個參數指定redis的配置文件的
2、通過命令修改 Redis支持運行時通過命令動態修改內存大小
- //設置Redis最大占用內存大小為100M
- 127.0.0.1:6379> config set maxmemory 100mb
- //獲取設置的Redis能使用的最大內存大小
- 127.0.0.1:6379> config get maxmemory
如果不設置最大內存大小或者設置最大內存大小為0，在64位操作系統下不限制內存大小，在32位操作系統下最多使用3GB內存
Redis的內存淘汰
既然可以設置Redis最大占用內存大小，那么配置的內存就有用完的時候。那在內存用完的時候，還繼續往Redis里面添加數據不就沒內存可用了嗎？實際上Redis定義了幾種策略用來處理這種情況：
1.noeviction(默認策略)：對于寫請求不再提供服務，直接返回錯誤（DEL請求和部分特殊請求除外）
2.allkeys-lru：從所有key中使用LRU算法進行淘汰
3.volatile-lru：從設置了過期時間的key中使用LRU算法進行淘汰
4.allkeys-random：從所有key中隨機淘汰數據
5.volatile-random：從設置了過期時間的key中隨機淘汰
6.volatile-ttl：在設置了過期時間的key中，根據key的過期時間進行淘汰，越早過期的越優先被淘汰
當使用volatile-lru、volatile-random、volatile-ttl這三種策略時，如果沒有key可以被淘汰，則和noeviction一樣返回錯誤
如何獲取及設置內存淘汰策略 獲取當前內存淘汰策略：
- 127.0.0.1:6379> config get maxmemory-policy
通過配置文件設置淘汰策略（修改redis.conf文件）：
- maxmemory-policy allkeys-lru
通過命令修改淘汰策略：
- 127.0.0.1:6379> config set maxmemory-policy allkeys-lru
LRU算法
1.什么是LRU? 上面說到了Redis可使用最大內存使用完了，是可以使用LRU算法進行內存淘汰的，那么什么是LRU算法呢？
LRU(Least Recently Used)，即最近最少使用，是一種緩存置換算法。在使用內存作為緩存的時候，緩存的大小一般是固定的。當緩存被占滿，這個時候繼續往緩存里面添加數據，就需要淘汰一部分老的數據，釋放內存空間用來存儲新的數據。這個時候就可以使用LRU算法了。其核心思想是：如果一個數據在最近一段時間沒有被用到，那么將來被使用到的可能性也很小，所以就可以被淘汰掉。
使用java實現一個簡單的LRU算法
- public class LRUCache<k, v> {
- //容量
- private int capacity;
- //當前有多少節點的統計
- private int count;
- //緩存節點
- private Map<k, Node<k, v>> nodeMap;
- private Node<k, v> head;
- private Node<k, v> tail;
- public LRUCache(int capacity) {
- if (capacity < 1) {
- throw new IllegalArgumentException(String.valueOf(capacity));
- }
- this.capacity = capacity;
- this.nodeMap = new HashMap<>();
- //初始化頭節點和尾節點，利用哨兵模式減少判斷頭結點和尾節點為空的代碼
- Node headNode = new Node(null, null);
- Node tailNode = new Node(null, null);
- headNode.next = tailNode;
- tailNode.pre = headNode;
- this.head = headNode;
- this.tail = tailNode;
- }
- public void put(k key, v value) {
- Node<k, v> node = nodeMap.get(key);
- if (node == null) {
- if (count >= capacity) {
- //先移除一個節點
- removeNode();
- }
- node = new Node<>(key, value);
- //添加節點
- addNode(node);
- } else {
- //移動節點到頭節點
- moveNodeToHead(node);
- }
- }
- public Node<k, v> get(k key) {
- Node<k, v> node = nodeMap.get(key);
- if (node != null) {
- moveNodeToHead(node);
- }
- return node;
- }
- private void removeNode() {
- Node node = tail.pre;
- //從鏈表里面移除
- removeFromList(node);
- nodeMap.remove(node.key);
- count--;
- }
- private void removeFromList(Node<k, v> node) {
- Node pre = node.pre;
- Node next = node.next;
- pre.next = next;
- next.pre = pre;
- node.next = null;
- node.pre = null;
- }
- private void addNode(Node<k, v> node) {
- //添加節點到頭部
- addToHead(node);
- nodeMap.put(node.key, node);
- count++;
- }
- private void addToHead(Node<k, v> node) {
- Node next = head.next;
- next.pre = node;
- node.next = next;
- node.pre = head;
- head.next = node;
- }
- public void moveNodeToHead(Node<k, v> node) {
- //從鏈表里面移除
- removeFromList(node);
- //添加節點到頭部
- addToHead(node);
- }
- class Node<k, v> {
- k key;
- v value;
- Node pre;
- Node next;
- public Node(k key, v value) {
- this.key = key;
- this.value = value;
- }
- }
- }
上面這段代碼實現了一個簡單的LUR算法，代碼很簡單，也加了注釋，仔細看一下很容易就看懂。
LRU在Redis中的實現
1.近似LRU算法 Redis使用的是近似LRU算法，它跟常規的LRU算法還不太一樣。近似LRU算法通過隨機采樣法淘汰數據，每次隨機出5（默認）個key，從里面淘汰掉最近最少使用的key。
可以通過maxmemory-samples參數修改采樣數量：例：maxmemory-samples 10 maxmenory-samples配置的越大，淘汰的結果越接近于嚴格的LRU算法
Redis為了實現近似LRU算法，給每個key增加了一個額外增加了一個24bit的字段，用來存儲該key最后一次被訪問的時間。
2.Redis3.0對近似LRU的優化 Redis3.0對近似LRU算法進行了一些優化。新算法會維護一個候選池（大小為16），池中的數據根據訪問時間進行排序，第一次隨機選取的key都會放入池中，隨后每次隨機選取的key只有在訪問時間小于池中最小的時間才會放入池中，直到候選池被放滿。當放滿后，如果有新的key需要放入，則將池中最后訪問時間最大（最近被訪問）的移除。
當需要淘汰的時候，則直接從池中選取最近訪問時間最小（最久沒被訪問）的key淘汰掉就行。
3.LRU算法的對比 我們可以通過一個實驗對比各LRU算法的準確率，先往Redis里面添加一定數量的數據n，使Redis可用內存用完，再往Redis里面添加n/2的新數據，這個時候就需要淘汰掉一部分的數據，如果按照嚴格的LRU算法，應該淘汰掉的是最先加入的n/2的數據。生成如下各LRU算法的對比圖
你可以看到圖中有三種不同顏色的點：
1.淺灰色是被淘汰的數據
2.灰色是沒有被淘汰掉的老數據
3.綠色是新加入的數據
我們能看到Redis3.0采樣數是10生成的圖最接近于嚴格的LRU。而同樣使用5個采樣數，Redis3.0也要優于Redis2.8。
LFU算法
LFU算法是Redis4.0里面新加的一種淘汰策略。它的全稱是Least Frequently Used，它的核心思想是根據key的最近被訪問的頻率進行淘汰，很少被訪問的優先被淘汰，被訪問的多的則被留下來。LFU算法能更好的表示一個key被訪問的熱度。假如你使用的是LRU算法，一個key很久沒有被訪問到，只剛剛是偶爾被訪問了一次，那么它就被認為是熱點數據，不會被淘汰，而有些key將來是很有可能被訪問到的則被淘汰了。如果使用LFU算法則不會出現這種情況，因為使用一次并不會使一個key成為熱點數據。LFU一共有兩種策略：
•volatile-lfu：在設置了過期時間的key中使用LFU算法淘汰key
•allkeys-lfu：在所有的key中使用LFU算法淘汰數據
設置使用這兩種淘汰策略跟前面講的一樣，不過要注意的一點是這兩周策略只能在Redis4.0及以上設置，如果在Redis4.0以下設置會報錯
