redis 过期策略与内存淘汰机制

Redis 过期策略与内存淘汰机制：面试必考点深度解析

大家好，我是程序员老王。Redis作为面试中的高频考点，尤其是它的过期策略和内存淘汰机制，几乎是中高级岗位必问的内容。今天咱们就来深入聊聊这两个核心机制，让你在面试时对答如流。

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🔍 Redis 的过期策略：键是怎么“消失”的？

我们知道Redis可以给键设置TTL（生存时间），那时间到了之后，Redis是如何处理这些过期的键的呢？这就涉及到它的过期策略了。Redis主要采用两种策略结合的方式：

惰性删除 (Lazy Expiration)：
- 核心逻辑：当你去访问一个键的时候，Redis 才会检查这个键是否过期了。
- 流程：执行任何读写命令前（如 GET, HGET, SET 等），先检查该键的过期时间。如果过期了，立刻删除这个键，然后才执行命令（对于读命令，返回nil）。
- 优点：对CPU友好。只在使用时检查，不会在非活动键上浪费CPU。
- 缺点：对内存不友好。如果一个键永远不再被访问，它就永远占着内存不释放，成为“僵尸”键，造成内存泄露。
定期删除 (Periodic Expiration)：
- 核心逻辑：Redis 会周期性地（默认每秒10次）随机抽取一部分设置了过期时间的键进行检查，并删除其中已过期的键。
- 流程：
  1. 随机测试：每次从设置了过期时间的键中随机抽取一小批（默认20个）。
  2. 检查过期：删除这批键中所有已过期的。
  3. 判断比例：如果这批键中过期键的比例超过25%，则重复步骤1（继续随机抽取20个检查）。如果比例低于25%，则本次定期删除结束。
- 优点：一定程度上减少了内存泄露的风险。
- 缺点：
  - 难以精确控制删除频率和数量。抽少了，过期键可能删不干净；抽多了，可能影响性能。
  - 仍然不能保证所有过期键被及时删除，特别是那些不再被访问的键。

总结一下Redis的过期策略： 它是惰性删除 + 定期删除的组合拳。惰性删除是被动触发，定期删除是主动抽样清理。两者结合是性能和内存使用的一个折中方案。但要注意，过期策略本身并不能保证在内存用满时自动清理数据！ 这就是内存淘汰机制要解决的问题了。

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🧯 Redis 的内存淘汰机制：内存满了怎么办？

当Redis的内存使用达到配置的最大值 maxmemory 时，再写入新数据就会触发内存淘汰机制。这时Redis会按照配置的策略，删除一些键，腾出空间给新数据。Redis提供了8种淘汰策略（Redis 6.0及以上），通过 maxmemory-policy 配置：

noeviction：默认策略。不淘汰任何数据。当内存不足时，新写入的操作会报错（如 (error) OOM command not allowed when used memory > 'maxmemory'）。适用于对数据一致性要求极高的场景，但风险是服务可能不可写。
allkeys-lru：在所有键中，使用LRU算法（最近最少使用）淘汰最近最久未被使用的键。
volatile-lru：在设置了过期时间的键中，使用LRU算法淘汰最近最久未被使用的键。
allkeys-lfu：在所有键中，使用LFU算法（最不经常使用）淘汰访问频率最低的键（Redis 4.0+）。
volatile-lfu：在设置了过期时间的键中，使用LFU算法淘汰访问频率最低的键（Redis 4.0+）。
allkeys-random：在所有键中，随机淘汰一个键。
volatile-random：在设置了过期时间的键中，随机淘汰一个键。
volatile-ttl：在设置了过期时间的键中，淘汰剩余生存时间 (TTL) 最短的键（即即将过期的）。

📌 如何选择淘汰策略？

如果你的数据访问模式是“最近使用过的，未来也更可能被使用”：优先考虑 allkeys-lru 或 volatile-lru。
如果你想更精准地淘汰访问频率低的冷数据：选择 allkeys-lfu 或 volatile-lfu。
如果你希望尽快清理掉即将过期的数据：选择 volatile-ttl。
如果你能容忍部分数据丢失，并希望尽量分散淘汰影响：allkeys-random 或 volatile-random 是个简单选择。
如果你绝对不能丢失数据，宁愿写失败：用 noeviction（需有完善的监控和告警）。
区分范围 (allkeys- vs volatile-): 关键在于你是否只想淘汰那些明确会过期的数据。如果没设置过期时间的键也很重要，避免被淘汰，就用 volatile-*；如果所有键都可以作为淘汰候选，就用 allkeys-*。一般建议使用 allkeys-* 策略，除非你对永不过期键有特别保护需求。

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💡 面试场景如何回答？

面试官：“能详细解释下Redis的过期策略和内存淘汰机制吗？”

你可以这样组织答案：

明确概念： “Redis的过期策略解决的是设置了TTL的键如何被自动删除的问题；内存淘汰机制解决的是Redis内存达到上限后如何继续写入新数据的问题。”
详述过期策略： “过期策略主要靠两种方式配合：第一是惰性删除，当客户端访问一个键时，Redis会检查它是否过期，过期就删。第二是定期删除，Redis默认每秒执行10次，每次随机抽取一批（比如20个）设了过期的键，删掉其中已过期的。如果这批键过期的比例超过25%，它会继续抽下一批，直到比例低于25%才停。这种组合是为了平衡CPU和内存的使用效率，但无法保证所有过期键都被及时清理。”
引出内存淘汰： “所以，即使有过期策略，还是可能有大量过期键或不再使用的键占用内存。当内存达到 maxmemory 限制时，就需要内存淘汰机制来腾空间了。”
解释淘汰策略： “Redis提供了几种策略，通过 maxmemory-policy 配置：
- noeviction：默认，内存满就报错不写入。
- allkeys-lru / volatile-lru：在所有键/有过期时间的键中，淘汰最近最少用的（LRU）。
- allkeys-lfu / volatile-lfu：淘汰访问频率最低的（LFU）。
- allkeys-random / volatile-random：随机淘汰。
- volatile-ttl：淘汰过期时间最短的。（可简要提下allkeys和volatile前缀的区别）”
结合实际选择： “我们项目用的是 allkeys-lru，因为我们的数据访问模式比较符合‘最近用过的以后也更可能用’，且没有需要绝对保护的永不过期键。同时我们也会监控内存使用，避免频繁淘汰影响性能。”
(加分点) 提一下近似LRU/LFU： “其实Redis实现的LRU/LFU不是精确的，是基于采样的近似算法（为了性能和内存效率），但效果通常足够好。”