Redis 緩存過期刪除/淘汰策略分析
Redis 緩存刪除
- Redis 鍵過期刪除，定期刪除（主動）和惰性刪除（被動）
- Redis 內存不足時，緩存淘汰策略
key 鍵過期刪除
我們用 redis 作為緩存數據庫，設置 k-v 數據的時候，可以給這條數據設置一個過期時間。比如，set 命令設置過期時間：
set testkey redisvalue EX 60
EX: 表示秒， EX 60 表示這個鍵值60秒后過期。
那好，現在就有一個問題了，redis 怎么檢查數據緩存時間到期了？然后刪除它。
想一想，檢測到期數據一般有兩種方法，
第一：主動檢測
第二：被動檢測
什么是主動？
第一種，就是每設置一個 kv 值時，給這個 kv 值設置一個定時器，給它計時，到期就刪除。但是這樣會給 cpu 造成很多壓力。
另外一種，定期掃描 kv 值，檢查到期值在刪除。
什么是被動？
被動就是對這個數據有操作時候才檢查它緩存時間是否到期，如果有到期，就刪除。
刪除步驟：
redis 會將每個設置了過期時間的 key 放到一個獨立的字典集合中，以后會定時遍歷這個字典來刪除到期的 key。
定時遍歷刪除，默認情況每秒檢查 10 次鍵的字典集合，每次從這個集合中隨機檢查 20 個鍵查看是否過期，過期就直接刪除。刪除后還有超過 25% 的集合中鍵過期，繼續隨機抽取 20 個鍵檢測刪除。
還有惰性刪除，就是在客戶端訪問這個 key 時，redis 會對 key 的過期時間進行檢查，過期了就刪除。
Redis 內存不足時緩存淘汰策略
redis 的 8 種緩存淘汰策略
在 redis.conf 配置文件中，就可以看到 redis 緩存過期淘汰的設置項。
當 Redis 內存快要滿的時候，redis 會執行緩存淘汰策略。
https://github.com/redis/redis/blob/6.2/redis.conf#L994
# MAXMEMORY POLICY: how Redis will select what to remove when maxmemory
# is reached. You can select one from the following behaviors:
#
# volatile-lru -> Evict using approximated LRU, only keys with an expire set.
# allkeys-lru -> Evict any key using approximated LRU.
# volatile-lfu -> Evict using approximated LFU, only keys with an expire set.
# allkeys-lfu -> Evict any key using approximated LFU.
# volatile-random -> Remove a random key having an expire set.
# allkeys-random -> Remove a random key, any key.
# volatile-ttl -> Remove the key with the nearest expire time (minor TTL)
# noeviction -> Don't evict anything, just return an error on write operations.
#
#
# The default is:
#
# maxmemory-policy noeviction
redis v6.2 版本配置。
maxmemory ， redis 提供了一個配置參數來設置 maxmemory（redis 最大可使用內存），這個參數來限制最大內存使用，實際內存超出了這個參數設置時，redis 就根據 maxmemory-policy 的設置策略刪除鍵值，釋放內存空間。
maxmemory-policy 設置，也就是內存淘汰策略，從 redis4.0 開始有8種緩存淘汰策略：
noeviction：默認設置。如果設置的空間滿了，不會刪除任何值，寫操作請求時服務器直接返回錯誤。讀、刪除請求可以繼續服務。
volatile-lru：淘汰設置了過期時間的 key，使用 lru 算法，最近最少使用的 key 先淘汰。注意，沒有設置過期時間的 key 就不淘汰。why？我們是不是還有一些持久化 key 的需求。
allkeys-lru：上面 volatile-lru 是部分淘汰 key（設置了過期時間的 key）。而這個是淘汰所有的 key，不管有沒有設置過期時間，都會淘汰。也是使用 lru 最近最少使用算法。
volatile-lfu：淘汰設置了過期時間的 key，使用 lfu 算法，使用頻率最少的 key 先淘汰。
allkeys-lfu：淘汰所有的 key，根據 lfu 算法。
volatile-random：淘汰設置了過期時間的 key，隨機算法。
allkeys-random：淘汰所有的 key，不管是否設置過期時間，隨機算法。
volatile-ttl：淘汰設置了過期時間的 key，根據 key 的 ttl 剩余時間，也就是說 ttl 越小越先被淘汰。
說明：使用 lfu 淘汰算法的都是 redis4.0 以上版本。
緩存淘汰算法
- lru：Least Recently Used，最近最少使用。
- lfu：Least Frequently Used，使用頻率最少的，最不經常使用。
- random：隨機算法。
- ttl：根據 key 設置的 ttl 剩余時間。
random 和 ttl 這 2 種緩存淘汰算法容易理解。
但是 lru 和 lfu 不容易理解，他們的區別是什么呢？
LRU :
Least Recently Used，最近最少使用，與使用的最后一次時間有關，淘汰最近使用、時間離現在最久的。
算法思想:
如果一個數據最近一段時間沒有被訪問到，那么以后它被訪問到的可能性也比較小。
LFU ：
Least Frequently Used，最近一段時間使用頻率最少，與使用的次數有關，淘汰使用次數最少的。
LFU 是 redis4.0 以后才出現的,4.0 以前都是 LRU。那 LFU 解決的是什么問題呢？
看下面的圖，來自 antirez 博客文章 Random notes on improving the Redis LRU algorithm:
~~~~~A~~~~~A~~~~~A~~~~A~~~~~A~~~~~A~~|
~~B~~B~~B~~B~~B~~B~~B~~B~~B~~B~~B~~B~|
~~~~~~~~~~C~~~~~~~~~C~~~~~~~~~C~~~~~~|
~~~~~D~~~~~~~~~~D~~~~~~~~~D~~~~~~~~~D|
每個波浪代表 1 秒，key A 每 5 秒訪問一次，key B 每 2 秒訪問一次，key C 和 key D 每 10 秒訪問一次。"|" 表示訪問結束。
看圖，從結束 "|" 位置看（實際是以時間為標准看），D 是最近一次訪問。但是，從上圖整體來看， B 是使用次數最多，也就是訪問頻率最多。如果需要淘汰的話，應該淘汰 D 才合理，LFU 才是比較合理的策略。
如果是在一段時間內，數據使用頻率更高的場景中，那么 LFU 算法比 LRU 算法命中率更高。