Redis 回收进程工作流程详解

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引言

Redis 是一个高性能的键值存储系统，广泛应用于缓存、消息队列、会话存储等场景。由于 Redis 是基于内存的数据库，内存资源的管理和回收显得尤为重要。Redis 通过多种回收策略和机制来管理内存，确保系统在高负载下仍能高效运行。本文将深入探讨 Redis 的回收进程工作流程，帮助读者更好地理解 Redis 的内存管理机制。

1. Redis 内存回收概述

Redis 的内存回收主要涉及两个方面：

1. 键过期处理：Redis 允许为键设置过期时间，当键过期后，Redis 需要将其从内存中删除。
2. 内存淘汰策略：当 Redis 的内存使用达到上限时，需要根据配置的淘汰策略删除一些键，以释放内存。

2. 键过期处理

2.1 过期键的存储

Redis 通过 expires 字典来存储键的过期时间。expires 字典的键是数据库中的键，值是对应的过期时间（以毫秒为单位的 UNIX 时间戳）。

2.2 过期键的删除策略

Redis 采用两种策略来删除过期键：

1. 惰性删除（Lazy Expiration）：当客户端尝试访问一个键时，Redis 会检查该键是否已过期。如果过期，则删除该键并返回空值。这种策略的优点是只有在访问时才会进行删除操作，减少了不必要的 CPU 开销。缺点是如果大量过期键长时间未被访问，会导致内存浪费。

2. 定期删除（Periodic Expiration）：Redis 会定期随机检查一部分键，删除其中已过期的键。定期删除的频率和每次检查的键数量可以通过配置文件进行调整。这种策略的优点是可以在一定程度上减少内存浪费，缺点是会增加 CPU 的开销。

2.3 定期删除的工作流程

1. 随机采样：Redis 会从 expires 字典中随机抽取一定数量的键（默认每次检查 20 个键）。
2. 检查过期时间：对于每个抽样的键，Redis 会检查其过期时间是否小于当前时间。
3. 删除过期键：如果键已过期，则将其从数据库和 expires 字典中删除。
4. 循环检查：如果在上一次检查中发现有过期键被删除，Redis 会继续检查下一批键，直到没有过期键被删除或达到最大检查次数。

3. 内存淘汰策略

当 Redis 的内存使用达到上限时，需要根据配置的淘汰策略删除一些键以释放内存。Redis 提供了多种内存淘汰策略，用户可以根据应用场景选择合适的策略。

3.1 内存淘汰策略类型

1. noeviction：当内存不足时，新写入操作会报错，不会删除任何键。这是默认策略。
2. allkeys-lru：从所有键中删除最近最少使用（LRU）的键。
3. volatile-lru：从设置了过期时间的键中删除最近最少使用（LRU）的键。
4. allkeys-random：从所有键中随机删除键。
5. volatile-random：从设置了过期时间的键中随机删除键。
6. volatile-ttl：从设置了过期时间的键中删除剩余生存时间（TTL）最短的键。

3.2 内存淘汰的工作流程

1. 内存检查：当 Redis 接收到写操作时，会检查当前内存使用量是否超过了配置的最大内存限制。
2. 选择淘汰策略：根据配置的淘汰策略，Redis 会选择合适的键进行删除。
3. 删除键：Redis 会从数据库和 expires 字典中删除选中的键，并释放其占用的内存。
4. 执行写操作：在释放足够的内存后，Redis 会继续执行写操作。

4. 回收进程的优化

为了减少回收进程对 Redis 性能的影响，Redis 采用了一些优化措施：

1. 渐进式删除：在删除大量键时，Redis 会将删除操作分散到多个事件循环中执行，避免一次性删除过多键导致系统卡顿。
2. 异步删除：对于大键（如包含大量元素的列表、集合等），Redis 会采用异步删除的方式，将删除操作放到后台线程中执行，避免阻塞主线程。

5. 总结

Redis 的回收进程是保证系统高效运行的重要组成部分。通过惰性删除和定期删除策略，Redis 能够有效地管理过期键；通过多种内存淘汰策略，Redis 能够在内存不足时释放内存资源。理解 Redis 的回收进程工作流程，有助于我们更好地配置和优化 Redis，以满足不同应用场景的需求。

参考文献

• Redis 官方文档
• 《Redis 设计与实现》—— 黄健宏

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希望本文能帮助你更好地理解 Redis 的回收进程工作流程。如果你有任何问题或建议，欢迎在评论区留言讨论。