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03小节：如何设置Redis内存淘汰策略？

作者：程序员马丁

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如何设置Redis内存淘汰策略，元数据信息：

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内容摘要：通过分析缓存击穿场景，引出了 Redis 内存淘汰策略。详细介绍了 Redis 中的各种淘汰策略，并指出实际工作中常用的策略。在牛券项目中，说明了选择的淘汰策略以及选择的原因。最后，还讨论了一些关于内存淘汰的底层原理。

课程目录如下所示：

  • 业务背景
  • 什么是 Redis 内存淘汰？
  • 什么是缓存污染问题？
  • 淘汰策略对缓存击穿的影响？
  • 牛券选择哪个淘汰策略？
  • 内存淘汰底层原理

业务背景​

在之前讨论缓存击穿的问题时，有一个关键点没有详细介绍，那就是如何与 Redis 的内存淘汰策略结合使用。仅仅依靠缓存预热和设置数据永不过期并不是一个全面的解决方案，还需要考虑合适的内存淘汰策略来保障缓存击穿方案有效执行。

什么是内存淘汰？​

内存总是有限的，因此当 Redis 内存超出最大内存时，就需要根据一定的策略去主动的淘汰一些 Key，来腾出内存，这就是内存淘汰策略。我们可以在配置文件中通过 maxmemory-policy 配置指定策略。

与到期删除策略不同，内存淘汰策略主要目的则是为了防止运行时内存超过最大内存，所以尽管最终目的都是清理内存中的一些 Key，但是它们的应用场景和触发时机是不同的。

算上在 4.0 添加的两种基于 LFU 算法的策略， Redis 一共提供了八种策略供我们选择：

  • noeviction，不淘汰任何 key，直接报错。它是默认策略。
  • volatile-random：从所有设置了到期时间的 Key 中，随机淘汰一个 Key。
  • volatile-lru： 从所有设置了到期时间的 Key 中，淘汰最近最少使用的 Key。
  • volatile-lfu： 从所有设置了到期时间的 Key 中，淘汰最近最不常用使用的 Key（4.0 新增）。
  • volatile-ttl： 从所有设置了到期时间的 Key 中，优先淘汰最早过期的 Key。
  • allkeys-random：从所有 Key 中，随机淘汰一个键（4.0 新增）。
  • allkeys-lru： 从所有 Key 中，淘汰最近最少使用的 Key。
  • allkeys-lfu： 从所有 Key 中，淘汰最近最不常用使用的键。

从淘汰范围来说可以分为不淘汰任何数据、只从设置了到期时间的键中淘汰和从所有键中淘汰三类。而从淘汰算法来分，又主要分为 Random（随机），LRU（最近最少使用），以及 LFU（最近最不常使用）三种。

其中，关于 LRU 算法，它是一种非常常见的缓存淘汰算法。我们可以简单理解为 Redis 会在每次访问 Key 的时候记录访问时间，当淘汰时，优先淘汰最后一次访问距离现在最早的 Key。

而对于 LFU 算法，我们可以理解为 Redis 会在访问 Key 时，根据两次访问时间的间隔计算并累加访问频率指标，当淘汰时，优先淘汰访问频率指标最低的 key。相比 LRU 算法，它避免了低频率的大批量查询造成的缓存污染问题。

什么是缓存污染问题？​

LRU 有个最大问题，就是它只认最近一次访问时间。而如果出现系统偶尔需要一次性读取大量数据的时候，会大规模更新 Key 的最近访问时间，从而导致真正需要被频繁访问的 Key 因为最近一次访问时间更早而被直接淘汰。这种情况被称为缓存污染。为此，我们需要使用 LFU 算法来解决。

淘汰策略对缓存击穿的影响？​

举个例子，我们操作了缓存预热和设置 Redis 永不过期，如果说设置 Redis 内存淘汰策略是以下类型：

  • allkeys-random：从所有 Key 中，随机淘汰一个键（4.0 新增）。
  • allkeys-lru： 从所有 Key 中，淘汰最近最少使用的 Key。
  • allkeys-lfu： 从所有 Key 中，淘汰最近最不常用使用的键。

因为是从所有键中去执行淘汰算法，是否有可能将咱们设置的热 Key 或者说访问较多的 Key 给淘汰掉？第一种绝对有可能，第二三种虽然概率比较小，但是也不是没可能。

所以，我们只能从这几个淘汰算法中进行选择：

  • noeviction，不淘汰任何 Key，直接报错。
  • volatile-random：从所有设置了到期时间的 Key 中，随机淘汰一个 Key。
  • volatile-lru： 从所有设置了到期时间的 Key 中，淘汰最近最少使用的 Key。
  • volatile-lfu： 从所有设置了到期时间的 Key 中，淘汰最近最不常用使用的 Key（4.0 新增）。
  • volatile-ttl： 从所有设置了到期时间的 Key 中，优先淘汰最早过期的 Key。

牛券选择哪个淘汰策略？​

从常规上来说，如果大家公司 Redis 比较豪，也就是业务挣钱，在资源上不吝啬，必然毫不犹豫选择 noeviction 不淘汰任何任何数据。

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