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Redis作為一款高速的In-Memory數(shù)據(jù)庫(kù)，內(nèi)存管理是其極其重要的一個(gè)方面。Redis為了保持最佳性能，采用了一系列內(nèi)存管理策略，其中最基礎(chǔ)的一個(gè)就是緩存淘汰策略。本文將從Redis緩存淘汰策略的角度出發(fā)，介紹在Redis的實(shí)現(xiàn)中，如何使用默認(rèn)淘汰策略發(fā)揮最佳性能。
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Redis緩存淘汰的意義在于，有效地控制Redis的內(nèi)存占用率，避免內(nèi)存溢出而導(dǎo)致Redis系統(tǒng)的崩潰。在Redis中，有很多種緩存淘汰方式，如：LRU（Least Recently Used）最近最少使用、LFU（Least Frequently Used）最不經(jīng)常使用、FIFO（First In First Out）先進(jìn)先出等等。而在redis的默認(rèn)淘汰策略中，LRU和TTL（Time To Live）兩種淘汰方式結(jié)合起來被廣泛應(yīng)用。
以LRU為例，Redis將所有的緩存數(shù)據(jù)按使用時(shí)間進(jìn)行排序，最近使用的數(shù)據(jù)排在最前面，而最久沒有被使用的數(shù)據(jù)排在最后面。當(dāng)Redis內(nèi)存滿時(shí)，將會(huì)優(yōu)先刪除最久沒有被使用的數(shù)據(jù)，以釋放內(nèi)存。同時(shí)，Redis的TTL屬性也協(xié)同作用，將最久沒有使用的數(shù)據(jù)中，TTL屬性已過期的數(shù)據(jù)優(yōu)先淘汰。這樣即便是存在一些長(zhǎng)期未使用的數(shù)據(jù)，也能夠在TTL到期后及時(shí)地釋放掉內(nèi)存，從而保證Redis的性能表現(xiàn)。
此外，Redis的默認(rèn)淘汰策略在內(nèi)存淘汰過程中也會(huì)進(jìn)行適量的優(yōu)化。因?yàn)樵贚RU淘汰中，淘汰頻繁會(huì)導(dǎo)致性能下降。Redis通過保留最近被淘汰的一部分?jǐn)?shù)據(jù)，避免因淘汰頻繁而丟失大量?jī)?yōu)先級(jí)高的數(shù)據(jù)。同時(shí)，也避免了有些數(shù)據(jù)需要被多次插入，造成多次昂貴的內(nèi)存分配等操作。
在Redis默認(rèn)淘汰策略中，為了進(jìn)一步提升性能，Redis在LRU淘汰中也會(huì)引入Redis的近似LRU算法。在實(shí)際操作中，Redis會(huì)根據(jù)內(nèi)存使用情況不斷地調(diào)整LRU順序表，以保持順序表準(zhǔn)確地表示系統(tǒng)的內(nèi)存使用情況。而在LRU移除數(shù)據(jù)時(shí)，Redis使用了quicklist數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過對(duì)小樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行相對(duì)精確的近似LRU計(jì)算，避免了大數(shù)據(jù)量下精確LRU算法帶來的性能損失。
在實(shí)現(xiàn)過程中，Redis默認(rèn)淘汰策略的代碼如下所示。
“`python
#define LRU_BITS 24 // 定義LRU使用的位數(shù)
#define LRU_CLOCK_MAX ((1
// 記錄一個(gè)鍵的LRU信息
typedef struct {
uint32_t lru:LRU_BITS; // LRU鐘表計(jì)數(shù)器值
unsigned long long lru_seconds; // 記錄每個(gè)鍵的上一次訪問時(shí)間
} lru;
// 讓一個(gè)鍵訪問LRU鐘表，更新LRU信息
void touchWatchedKey(keyObject *key) {
lru *l = key->extra;
uint32_t lru_now = updateLRUClock(); // 獲得當(dāng)前LRU鐘表計(jì)數(shù)器值
if (lru_now > l->lru) { // 更新LRU信息
l->lru = lru_now;
l->lru_seconds = server.unixtime;
}
}
// LRU鐘表計(jì)數(shù)器值更新函數(shù)，減小誤差并增加計(jì)數(shù)范圍
uint32_t updateLRUClock(void) {
static uint32_t current_time = 0; // 當(dāng)前計(jì)數(shù)器值
static uint32_t last_update_time = 0; // 上一次更新LRU時(shí)間
uint32_t time_passed;
time_passed = server.unixtime – last_update_time; // 計(jì)算當(dāng)前時(shí)間和最后更新時(shí)間的差值
if (time_passed > LRU_CLOCK_RESOLUTION) { // 如果時(shí)間差值超過1秒鐘
current_time += (time_passed / LRU_CLOCK_RESOLUTION); // 計(jì)算應(yīng)該增加的計(jì)數(shù)器值
last_update_time += (time_passed / LRU_CLOCK_RESOLUTION) * LRU_CLOCK_RESOLUTION; // 更新最后更新時(shí)間
}
return current_time; // 返回當(dāng)前新的LRU鐘表計(jì)數(shù)器值
}
// Redis默認(rèn)淘汰策略更新函數(shù)
void updateLRUorTTL(redisDb *db, robj *key, int flags, long long now) {
if (flags & REDIS_TTL) { // 如果是TTL淘汰
if (now == -1) // 如果now為-1，則需要實(shí)時(shí)獲取當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間
now = mstime();
setExpire(db,key,now); // 更新key的expire屬性
}
if (!(flags & REDIS_TTL)) { // 如果是LRU淘汰
touchWatchedKey(key); //更新當(dāng)前key的LRU信息
server.lruclock++; // 更新LRU鐘表計(jì)數(shù)器
}
}
綜上所述，Redis默認(rèn)淘汰策略在LRU和TTL的協(xié)同作用下，保證了Redis系統(tǒng)在內(nèi)存使用上的優(yōu)化。同時(shí)，Redis也通過引入近似LRU算法等優(yōu)化手段，提升了其性能表現(xiàn)。在實(shí)際應(yīng)用中，用戶可以根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)一步進(jìn)行Redis的緩存淘汰策略設(shè)置，以獲得最佳性能表現(xiàn)。
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