Redis 为什么需要淘汰策略？

Redis 是一个基于内存的数据库/缓存，当实际使用的内存量超过 maxmemory 参数设置的最大限制时，Redis 会根据配置的淘汰策略（Eviction Policy） 来移除一些键，以便为新数据腾出空间。

Redis 的淘汰策略有哪些？

Redis 提供了 8 种淘汰策略，可以分为两大类：

第一类：处理过期键的策略（只针对设置了 TTL 过期的键）

这组策略只在有过期时间的键中进行淘汰。

  1. volatile-lru (Least Recently Used)

    • 机制：从设置了过期时间的键中，淘汰最近最少使用的键。
    • 理解：基于时间戳，认为最近没被访问的键以后也不太可能被访问。

  2. volatile-lfu (Least Frequently Used)

    • 机制：从设置了过期时间的键中，淘汰最不经常使用的键。
    • 理解：基于访问频率计数器，认为访问次数最少的键是最不重要的。这是 Redis 4.0 及以上版本新增的策略。

  3. volatile-random

    • 机制：从设置了过期时间的键中，随机淘汰某个键。
    • 理解：简单粗暴，没有开销，但效果不确定。

  4. volatile-ttl

    • 机制：从设置了过期时间的键中，淘汰存活时间最短（TTL 最小）的键，即即将过期的键。
    • 理解：优先清理马上要过期的数据，尽量保留还有很久才过期的数据。

第二类：在所有键中进行的策略（包括无过期时间的键）

这组策略会在所有键中进行淘汰，无论是否设置了 TTL。这是最常用的策略类型，因为它能防止没有设置 TTL 的键导致内存爆满。

  1. allkeys-lru

    • 机制：从所有键中，淘汰最近最少使用的键。
    • 理解：这是最常用的策略之一，非常适合作为缓存系统使用。

  2. allkeys-lfu

    • 机制：从所有键中，淘汰最不经常使用的键。
    • 理解：同样是 Redis 4.0+ 新增的策略，适用于非常关注访问频率的场景。

  3. allkeys-random

    • 机制：从所有键中，随机淘汰某个键。
    • 理解：如果你认为所有键被访问的概率都差不多，可以用这个。

  4. no-eviction

    • 机制：禁止淘汰数据。当内存不足时，所有会引起内存增加的写入命令（如 SET, LPUSH 等）都会报错，读命令（GET 等）可以正常执行。
    • 理解：这保证了数据不会丢失，但需要上层应用处理好写入异常。适用于你把 Redis 既当缓存又当持久存储，且数据绝对不能丢失的场景。

如何选择比较好的淘汰策略？

选择策略的核心原则是：根据你的数据特征和访问模式来决定。以下是一些通用的建议：

1. 首先，问自己一个问题：Redis 在你的系统中扮演什么角色？

  • 纯缓存（Cache）：数据可以从后端数据库恢复，丢失没关系。目标是提供高速访问。

    • 推荐：allkeys-lru 或 allkeys-lfu。
    • 原因：它们能有效地根据访问模式保留热点数据，淘汰冷数据，最大化缓存命中率。

  • 持久化存储（Persistent Store）：数据必须保留，不能丢失。

    • 推荐：no-eviction。
    • 原因：宁可拒绝写入也要保证已有数据完整。你需要确保你的 maxmemory 设置得足够大，并且有监控报警，在内存快满时及时处理（如扩容或清理数据）。

2. 其次，分析你的数据访问模式

  • 存在热点数据，访问遵循二八定律（20% 的键承担了 80% 的访问）：

    • 推荐：allkeys-lru。它能非常高效地识别并保留热点数据。

  • 访问频率分布相对平均，但某些键在一段时间内被频繁访问（扫描式访问）：

    • 推荐：allkeys-lfu。LFU 算法比 LRU 更能应对短期的爆发性访问，因为它关注的是频率而非最近一次访问时间。例如，一个键在短时间内被大量访问，LFU 会认为它很重要并保留，而 LRU 可能会因为它之后没被访问而将其淘汰。

  • 所有键被访问的概率几乎完全相同，毫无规律：

    • 可以考虑：allkeys-random。这是一种简单且开销低的公平策略。

  • 你希望通过 TTL 来精准控制数据淘汰的优先级：

    • 推荐：volatile-ttl。你希望那些即将过期的数据被优先清理掉。注意：如果你有键没设置 TTL，它们就永远不会被此策略淘汰，可能导致内存溢出。

3. 考虑你的 Redis 版本

  • 如果你的 Redis 是 4.0 以下的旧版本，你没有 volatile-lfu 和 allkeys-lfu 这两个选项。
  • 建议优先使用 allkeys-lru。

总结与决策流程图

你可以遵循以下流程来做出选择：

graph TD
    A[开始选择] --> B{Redis的主要角色是？};
    B -->|纯缓存| C{数据访问模式？};
    B -->|持久化存储，数据不能丢| D[选择 no-eviction];

    C -->|存在热点数据| E[选择 allkeys-lru
最通用推荐];
    C -->|访问频率变化大，有爆发访问| F[选择 allkeys-lfu
（Redis 4.0+）];
    C -->|所有键访问概率均等| G[选择 allkeys-random];

    E --> H[完成];
    F --> H;
    G --> H;
    D --> H;

最终建议：

对于绝大多数将 Redis 作为缓存的场景，allkeys-lru 是一个安全、高效且通用的选择，可以作为你的默认选项。如果你的访问模式更复杂且版本在 4.0 以上，可以尝试使用 allkeys-lfu 以获得更好的命中率。