Redis中內存淘汰策略和過期鍵刪除策略的示例分析

# Redis中內存淘汰策略和過期鍵刪除策略的示例分析

## 引言

Redis作為高性能的鍵值數據庫，其內存管理機制直接影響系統性能和穩定性。當內存達到上限時，Redis通過**內存淘汰策略（Eviction Policies）**決定哪些數據被移除；而**過期鍵刪除策略（Expiration Policies）**則負責清理已過期的鍵。本文將深入分析這兩類策略的工作原理，并通過實際示例演示其行為差異。

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## 一、Redis內存淘汰策略

### 1.1 為什么需要內存淘汰？
當Redis內存使用達到`maxmemory`配置的閾值時（默認不限制），需通過淘汰機制釋放空間。通過`maxmemory-policy`參數可配置以下策略：

#### 1.1.1 不淘汰策略
- **noeviction**（默認）：拒絕所有寫入命令（返回OOM錯誤），讀操作正常。
  ```bash
  # 示例：寫入被拒絕時的錯誤響應
  127.0.0.1:6379> set new_key value
  (error) OOM command not allowed when used memory > 'maxmemory'.

1.1.2 通用淘汰策略

1.1.3 示例：LRU策略實戰

# 配置為allkeys-lru并插入數據
127.0.0.1:6379> config set maxmemory-policy allkeys-lru
127.0.0.1:6379> set key1 val1
127.0.0.1:6379> set key2 val2
127.0.0.1:6379> get key1  # 訪問key1使其"熱度"提升
"val1"

# 當內存不足時，key2（未被訪問）會被優先淘汰

注意：Redis的LRU是近似算法，通過采樣少量鍵（默認5個）選擇最久未使用的，而非全局掃描。

1.2 策略選擇建議

• 監控先行：使用INFO memory觀察內存碎片率（mem_fragmentation_ratio）。
• 混合策略：例如對持久化數據用volatile-lru，對緩存數據用allkeys-lru。
• 性能權衡：volatile-ttl的CPU開銷通常高于隨機淘汰。

二、過期鍵刪除策略

2.1 被動刪除（惰性刪除）

當客戶端嘗試訪問一個鍵時，Redis會檢查其過期時間，若已過期則立即刪除。

# 示例：訪問已過期鍵
127.0.0.1:6379> setex temp_key 10 "expires_in_10s"
127.0.0.1:6379> sleep 11
127.0.0.1:6379> get temp_key  # 觸發被動刪除
(nil)

缺點：如果鍵長期不被訪問，會導致內存泄漏。

2.2 主動刪除（定期刪除）

Redis以每秒10次（可配置）的頻率執行以下操作： 1. 隨機抽取20個設置了過期時間的鍵。 2. 刪除其中已過期的鍵。 3. 如果超過25%的鍵過期，則重復步驟1。

# 通過修改hz參數調整頻率
127.0.0.1:6379> config set hz 20  # 提高為每秒20次

2.3 刪除策略對比

三、組合策略實戰分析

3.1 場景模擬

假設一個電商平臺使用Redis緩存商品信息： - 熱門商品（如iPhone）設置為永久鍵 - 促銷商品（如限時折扣）設置TTL=3600秒 - 內存限制2GB，策略為volatile-lru

操作序列：

1. 寫入1000個促銷商品（帶TTL）
2. 寫入500個熱門商品（無TTL）
3. 內存達到閾值時：
   • 行為：僅從促銷商品中淘汰最近最少使用的鍵
   • 結果：熱門商品永遠不會被淘汰

3.2 監控與調優

# 查看過期鍵數量
127.0.0.1:6379> info stats | grep expired_keys
expired_keys:327

# 查看淘汰鍵數量
127.0.0.1:6379> info stats | grep evicted_keys
evicted_keys:42

四、高級主題

4.1 內存碎片優化

• 啟用activedefrag yes自動整理碎片
• 使用jemalloc替代默認內存分配器

4.2 Redis 6.0新特性

• LFU策略：allkeys-lfu和volatile-lfu基于訪問頻率淘汰

  # 配置為LFU模式
  config set maxmemory-policy allkeys-lfu
  

五、總結建議

1. 緩存場景：優先使用allkeys-lru或allkeys-lfu
2. 混合數據集：對持久化數據使用volatile-*策略
3. 監控指標：
   • used_memory：當前內存使用量
   • keyspace_hits/misses：淘汰策略有效性

通過合理配置，Redis可在內存限制下保持高性能。建議通過redis-benchmark測試不同策略的吞吐量差異。

”`

注：本文示例基于Redis 7.0版本，部分命令在不同版本中可能存在差異。實際生產環境應結合監控數據持續優化策略參數。