Redis进阶 - 删除策略

Redis (REmote DIctionary Server) 是用 C 语言开发的一个开源的高性能键值对（ key-value）数据库。它是一种NoSQL（Not-Only SQL，泛指非关系型的数据库），作为关系型数据库的补充。常用的NoSQL数据库: Redis,memcache,HBase,MongoDB。

过期数据

Redis是一种内存级数据库，所有数据均存放在内存中，内存中的数据可以通过TTL指令获取其状态。

  • XX : 具有时效性的数据
  • 1 : 永久有效的数据
  • 2 : 已经过期的数据 或 被删除的数据 或 未定义的数据

对于过期数据，Redis内部是否真正释放了其内存空间？

数据删除策略

目标: 在内存占用与CPU占用之间寻找一种平衡，顾此失彼都会造成整体redis性能的下降，甚至引发服务器宕机或内存泄露。

定时删除

策略: 创建一个定时器，当key设置有过期时间，且过期时间到达时，由定时器任务立即执行对键的删除操作。

  • 优点: 节约内存，到时就删除，快速释放掉不必要的内存占用
  • 缺点: CPU压力很大，无论CPU此时负载量多高，均占用CPU，会影响redis服务器响应时间和指令吞吐量
  • 总结: 用处理器性能换取存储空间（拿时间换空间）

惰性删除

策略: 数据到达过期时间，不做任何处理。等下次访问该数据时作以下操作:

  1. 如果未过期，返回数据
  2. 发现已过期，删除，返回不存在
  • 优点: 节约CPU性能，发现数据必须删除的时候才删除
  • 缺点: 内存压力很大，出现长期占用内存的数据
  • 总结: 用存储空间换取处理器性能（拿空间换时间）

定期删除

策略: 周期性轮询redis库中的时效性数据，采用随机抽取的策略，利用过期数据占比的方式控制删除频度

Redis启动服务器初始化时，读取配置server.hz的值，默认为10。

每秒钟执行server.hz次serverCron()——>databasesCron()——>activeExpireCycle()
activeExpireCycle()对每个expires[*]逐一进行检测，每次执行250ms/server.hz
对某个expires[*]检测时，随机挑选W个key检测:

如果key超时，删除key
如果一轮中删除的key的数量>W*25%，循环该过程
如果一轮中删除的key的数量≤W*25%，检查下一个expires[*]， 0-15循环
 W取值=ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_LOOKUPS_PER_LOOP属性值
参数current_db用于记录activeExpireCycle() 进入哪个expires[*] 执行
如果activeExpireCycle()执行时间到期，下次从current_db继续向下执行

定期删除

  • 特点1: CPU性能占用设置有峰值，检测频度可自定义设置
  • 特点2: 内存压力不是很大，长期占用内存的冷数据会被持续清理
  • 总结: 周期性抽查存储空间（随机抽查，重点抽查）

三种数据删除策略对比

策略名内存使用CPU使用特点
定时删除节约内存，无占用不分时段占用CPU资源，频度高拿时间换空间
惰性删除内存占用严重延时执行， CPU利用率高拿空间换时间
定期删除内存定期随机清理每秒花费固定的CPU资源维护内存随机抽查，重点抽查

三种数据删除策略对比

虽然数据删除策略能够有效剔除不需要的数据，释放内存空间。但是仍然会遇到新数据进入redis时，内存已经被全部占满的情况，这种情况又该如何处理？

Redis使用内存存储数据，在执行每一个命令前，会调用freeMemoryIfNeeded()检测内存是否充足。如 果内存不满足新加入数据的最低存储要求， redis要临时删除一些数据为当前指令清理存储空间。清理数据 的策略称为逐出算法。

注意: 逐出数据的过程不是100%能够清理出足够的可使用的内存空间，如果不成功则反复执行。当对所 有数据尝试完毕后，如果不能达到内存清理的要求，将出现错误信息，如下图所示，OOM（Out of Memory,内存溢出）。

OOM图

逐出算法的相关配置:

maxmemory

说明: 最大可使用内存。占用物理内存的比例，默认值为0，表示不限制。生产环境中根据需求设定，通常设置在50%以上。

maxmemory-samples

说明: 每次选取待删除数据的个数。选取数据时并不会全库扫描，导致严重的性能消耗，降低读写性能。因此采用随机获取数据的方式作为待检测删除数据

maxmemory-policy

说明: 删除策略。达到最大内存后的，对被挑选出来的数据进行删除的策略

逐出算法的删除策略分为以下几类:

  1. 检测易失数据（可能会过期的数据集server.db[i].expires ）
    • volatile-lru: 挑选最近最少使用的数据淘汰
    • volatile-lfu: 挑选最近使用次数最少的数据淘汰
    • volatile-ttl: 挑选将要过期的数据淘汰
    • volatile-random: 任意选择数据淘汰
  2. 检测全库数据（所有数据集server.db[i].dict ）
    • allkeys-lru: 挑选最近最少使用的数据淘汰
    • allkeys-lfu: 挑选最近使用次数最少的数据淘汰
    • allkeys-random: 任意选择数据淘汰
  3. 放弃数据驱逐
    • no-enviction（驱逐）: 禁止驱逐数据（ 默认策略），会引发错误OOM（ Out Of Memory）
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Contributors: klc407073648