4. 内存管理

内存管理主要是指两部分内容：

键的驱逐策略；
当内存不够用时，内存回收策略；

4.1. 键的驱逐策略（删除策略）

4.1.1. Redis 中键的过期时间的管理

Redis提供了四个命令来设置过期时间（生存时间）。

EXPIRE <key> <ttl> ：表示将键 key 的生存时间设置为 ttl 秒。
PEXPIRE <key> <ttl> ：表示将键 key 的生存时间设置为 ttl 毫秒。
EXPIREAT <key> <timestamp> ：表示将键 key 的生存时间设置为 timestamp 所指定的秒数时间戳。
PEXPIREAT <key> <timestamp> ：表示将键 key 的生存时间设置为 timestamp 所指定的毫秒数时间戳。

PS：在Redis内部实现中，前面三个设置过期时间的命令最后都会转换成最后一个 PEXPIREAT 命令来完成。

移除过期时间：

PERSIST <key> ：表示将key的过期时间移除。

返回剩余生存时间：

TTL <key> ：以秒的单位返回键 key 的剩余生存时间。
PTTL <key> ：以毫秒的单位返回键 key 的剩余生存时间。

4.1.2. 删除带过期时间的 key 的通用做法

软件工程学中，删除带过期时间的 key 的通用做法主要有以下三种：

定时删除：设置过期时间时，创建一个定时器，过期时间一到，操作系统自动触发定时器，立马执行删除方法。
- 优点：定时删除对内存是最友好的，能够保证内存的key一旦过期就能立即从内存中删除。
- 缺点：对CPU最不友好，在过期键比较多的时候，删除过期键会占用一部分 CPU 时间，对服务器的响应时间和吞吐量造成影响。并且 key 很多时就需要很多的定时任务来完成，这个也是一个不小的性能开销；
惰性删除：用到时，先判断一下是否过期了，没过期就允许操作，过期了就执行删除方法。
- 特点：这种删除方式有两种实现思路
  - 同步删除：即哪个线程用到，就由哪个线程来完成删除动作，这个过程是阻塞的；
  - 异步删除：即碰到过期情况时，用到这个 key 的线程会通知另外的删除线程，让另外的删除线程来完成删除动作，之后直接返回过期的响应结果；
- 优点：对 CPU友好，我们只会在使用该键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，如果一个键已经过期，但是一直没有使用，那么该键就会一直存在内存中，如果数据库中有很多这种使用不到的过期键，这些键便永远不会被删除，内存永远不会释放。从而造成内存泄漏。
定期删除：并不是为每一个key都设置一个定时器，而是设置一个额外的定时器，这个定时器会定期扫描部分数据，然后删除过期的。
1. 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。
2. 缺点：难以确定删除操作执行的时长和频率。
  1. 如果执行的太频繁，定期删除策略变得和定时删除策略一样，对CPU不友好。
  2. 如果执行的太少，那又和惰性删除一样了，过期键占用的内存不会及时得到释放。
  3. 另外最重要的是，在获取某个键时，如果某个键的过期时间已经到了，但是还没执行定期删除，那么就会返回这个键的值，这是业务不能忍受的错误。

4.1.3. redis 中的键的驱逐策略（删除策略）

eviction：美: [ɪˈvɪkʃən]，英: [ɪˈvɪkʃ(ə)n]， **n.**赶出；(租地,租房等的)收回；**网络释义：**驱逐；逐出；驱逐租客

Redis 中键的驱逐策略（删除策略）是组合使用的，即使用「惰性删除+定期删除」两种策略配合使用的方式。

键的过期的判断过程
在Redis内部，每当我们设置一个键的过期时间时，Redis就会将该键带上过期时间存放到一个过期字典中。当我们查询一个键时，Redis便首先检查该键是否存在过期字典中，如果存在，那就获取其过期时间。然后将过期时间和当前系统时间进行比对，比系统时间大，那就没有过期；反之判定该键过期。
惰性删除
惰性删除：Redis的惰性删除策略由 db.c/expireIfNeeded 函数实现，所有键读写命令执行之前都会调用 expireIfNeeded 函数对其进行检查，如果过期，则删除该键，然后执行键不存在的操作；未过期则不作操作，继续执行原有的命令。
大多情况下惰性删除都是阻塞式的，也就是说删除过程是由发起命令的线程来执行的，这就会出现另外一个问题，那就是有时候碰到大 key 时，可能会导致主线程秒级的阻塞，这对 redis 服务端的吞吐量是个巨大的影响；因此 redis 提供了另外一种删除方式：非阻塞式惰性删除，也可以称作异步删除，其大概原理是：在主线程的基础上再开启一个新线程来完成删除动作。
惰性删除是默认开启的，但是有一些业务场景中并不需要惰性删除，而是需要立即删除，例如：
1. 在为新的 key 分配内存空间时，发现内存空间不足以分配给新 key 了，那就不能够再使用惰性删除了，而是应该立刻删除；
2. 使用 EXPIRE 命令让一个 key 过期时，也需要立刻删除这个 key；
3. 再比如 RENAME 命令需要删除旧的键名，这个过程也是要立刻删除旧 key 的；
4. 再比如，主从复制运行模式下，主节点执行了 flusdb 等清库的命令时，也是需要立刻同步到从库的；
上面这四种情况下，是不需要惰性删除的，而是需要立即删除的，在配置文件中的LAZY FREEING部分，可以对这四种情况进行配置，使它们不使用惰性删除，no 表示不使用惰性删除：
properties
```
lazyfree-lazy-eviction no     # 表示键驱逐时，不使用惰性删除，而是直接删除；
lazyfree-lazy-expire no      # 表示使用一些过期命令时，不使用惰性删除；
lazyfree-lazy-server-del no    # 表示 当server发送一些删除式命令时，不使用惰性删除；【server和客户端是同一角色，它们都可以给存储引擎部分发送命令】
replica-lazy-flush no       # 表示主从运行模式下不会使用惰性删除；
```
1
2
3
4
定期删除
由redis.c/activeExpireCycle 函数实现，函数以一定的频率运行，每次运行时，都从一定数量的数据库中取出一定数量的随机键进行检查，并删除其中的过期键。
注意：并不是一次运行就检查所有的库，所有的键，而是随机检查一定数量的键。定期删除函数的运行频率，在Redis2.6版本中，规定每秒运行10次，大概100ms运行一次。在Redis2.8版本后，可以通过修改配置文件redis.conf 的 hz 选项来调整这个次数。
看上面对这个参数的解释，建议不要将这个值设置超过 100，否则会对CPU造成比较大的压力。
键的驱逐策略的问题
我们看到，通过过期删除策略，对于某些永远使用不到的键，并且多次定期删除也没选定到并删除，那么这些键同样会一直驻留在内存中，又或者在Redis中存入了大量的键，这些操作可能会导致Redis内存不够用，这时候就需要Redis的内存淘汰策略了。

4.2. 内存回收机制

我们看到，通过过期删除策略，对于某些永远使用不到的键，并且多次定期删除也没选定到并删除，那么这些键同样会一直驻留在内存中，又或者在Redis中存入了大量的键，这些操作可能会导致Redis内存不够用，这时候就需要Redis的内存淘汰策略了。

这块对应于配置文件redis.conf 中的MEMORY MANAGEMENT部分。

maxmemory:
- 描述：设置 Redis 使用的最大内存量。当 Redis 达到这个内存限制时，会触发内存淘汰策略。
- 语法：maxmemory <bytes>
- 示例：maxmemory 256mb
maxmemory-policy:
- 描述：设置 Redis 达到内存限制后，使用哪种内存淘汰策略。可能的值包括：
  - volatile-lru：从设置了过期时间的键值对集合中，淘汰「最久未使用」的；
  - allkeys-lru：从所有键值对集合中，淘汰「最久未使用」的；
  - volatile-lfu：从设置了过期时间的键值对集合中，淘汰「最不常用到」的；
  - allkeys-lfu：从所有键值对集合中，淘汰「最不常用到」的；
  - volatile-random：从设置了过期时间的键值对集合中，「随机」淘汰；
  - allkeys-random：从所有键值对集合中，「随机」淘汰；
  - volatile-ttl：从设置了过期时间的键值对集合中，淘汰「即将过期」的；
  - noeviction：不淘汰任何数据，当内存不足时，新增操作会报错，Redis 默认内存淘汰策略；redis只响应读命令，对需要申请内存的写命令回复error；
- 语法：maxmemory-policy <policy>
- 示例：maxmemory-policy allkeys-lru
maxmemory-samples:
- 描述：设置 LRU 算法和最少频率使用（LFU）算法进行采样时的样本大小。较大的样本大小能提高精确度，但会增加 CPU 开销。
- 语法：maxmemory-samples <number>
- 示例：maxmemory-samples 5
lfu-log-factor:
- 描述：设置 LFU 算法的对数因子，控制访问频率计数的增加速度。较高的值会使计数增加速度变慢。
- 语法：lfu-log-factor <factor>
- 示例：lfu-log-factor 10
lfu-decay-time:
- 描述：设置 LFU 算法的衰减时间，以分钟为单位。计数会每隔这个时间减少一半。
- 语法：lfu-decay-time <minutes>
- 示例：lfu-decay-time 1

PS：
volatile：美: [ˈvɑlət(ə)l]，英: [ˈvɒlətaɪl]， adj. ，易变的；无定性的；无常性的；可能急剧波动的；网络释义：挥发性；挥发性的；不稳定的。这里表示设置了过期时间的 key。
其中 allkeys-xxx 表示：从所有的键值中淘汰数据；而 volatile-xxx 表示：从设置了过期键的键值中淘汰数据。
淘汰时要从圈定的 key 的集合中，选择一部分进行淘汰，这个选择有三种算法：
LRU（Least Recently Used）： 最近最少使用的、最久没有使用的；这种算法有一个缺点，比如说很久没有使用的一个键值，如果最近被访问了一次，那么它就不会被淘汰，即使它是使用次数最少的缓存，那它也不会被淘汰。
LFU（Least Frequently Used）： 使用频率最小的、最不常使用到的；这种算法弥补了 LRU 的弊端；
random：随机的；

4. 内存管理 ​

4.1. 键的驱逐策略（删除策略） ​

4.1.1. Redis 中键的过期时间的管理 ​

4.1.2. 删除带过期时间的 key 的通用做法 ​

4.1.3. redis 中的键的驱逐策略（删除策略） ​