详细解析Redis内存满了怎么去优化

本篇文章给大家带来了关于Redis的相关知识，其中主要介绍了redis的内存满了应该怎么优化的相关问题，还包括了淘汰机制、LRU算法以及处理淘汰的数据，希望对大家有帮助。

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Redis内存满了怎么办？怎么优化内存？

MySQL里有2000w数据，redis中只存20w的数据，如何保证redis中的数据都是热点数据

redis内存数据集大小上升到一定大小的时候，就会施行数据淘汰策略。

Redis主要消耗什么物理资源？

内存。

Redis的内存用完了会发生什么？

如果达到设置的上限，Redis的写命令会返回错误信息（但是读命令还可以正常返回。）或者你可以配置内存淘汰机制，当Redis达到内存上限时会冲刷掉旧的内容。

谈谈缓存数据的淘汰机制

Redis 缓存有哪些淘汰策略？

• 不进行数据淘汰的策略，只有 noeviction 这一种。

会进行淘汰的 7 种策略，我们可以再进一步根据淘汰候选数据集的范围把它们分成两类：

• 在设置了过期时间的数据中进行淘汰，包括 volatile-random、volatile-ttl、volatile-lru、volatile-lfu四种。
• 在所有数据范围内进行淘汰，包括 allkeys-lru、allkeys-random、allkeys-lfu三种。

策略	规则
volatile-ttl	在筛选时，会针对设置了过期时间的键值对，根据过期时间的先后进行删除，越早过期的越先被删除。
volatile-random	在设置了过期时间的键值对中，进行随机删除。
volatile-lru	使用 LRU 算法筛选设置了过期时间的键值对
volatile-lfu	使用 LFU 算法选择设置了过期时间的键值对

策略	规则
allkeys-random	从所有键值对中随机选择并删除数据；
allkeys-lru	使用 LRU 算法在所有数据中进行筛选
vallkeys-lfu	使用 LFU 算法在所有数据中进行筛选

谈谈LRU算法

是按照最近最少使用的原则来筛选数据，最不常用的数据会被筛选出来，而最近频繁使用的数据会留在缓存中。

那具体是怎么筛选的呢？LRU 会把所有的数据组织成一个链表，链表的头和尾分别表示 MRU 端和 LRU 端，分别代表最近最常使用的数据和最近最不常用的数据。

LRU 算法背后的想法非常朴素：它认为刚刚被访问的数据，肯定还会被再次访问，所以就把它放在 MRU 端；长久不访问的数据，肯定就不会再被访问了，所以就让它逐渐后移到 LRU 端，在缓存满时，就优先删除它。

问题：LRU 算法在实际实现时，需要用链表管理所有的缓存数据，这会带来额外的空间开销。而且，当有数据被访问时，需要在链表上把该数据移动到 MRU 端，如果有大量数据被访问，就会带来很多链表移动操作，会很耗时，进而会降低 Redis 缓存性能。

解决：
在 Redis 中，LRU 算法被做了简化，以减轻数据淘汰对缓存性能的影响。具体来说，Redis 默认会记录每个数据的最近一次访问的时间戳（由键值对数据结构 RedisObject 中的 lru 字段记录）。然后，Redis 在决定淘汰的数据时，第一次会随机选出 N 个数据，把它们作为一个候选集合。接下来，Redis 会比较这 N 个数据的 lru 字段，把 lru 字段值最小的数据从缓存中淘汰出去。
当需要再次淘汰数据时，Redis 需要挑选数据进入第一次淘汰时创建的候选集合。这儿的挑选标准是：能进入候选集合的数据的 lru 字段值必须小于候选集合中最小的 lru 值。当有新数据进入候选数据集后，如果候选数据集中的数据个数达到了 maxmemory-samples，Redis 就把候选数据集中 lru 字段值最小的数据淘汰出去。

使用建议：

• 优先使用 allkeys-lru 策略。这样，可以充分利用 LRU 这一经典缓存算法的优势，把最近最常访问的数据留在缓存中，提升应用的访问性能。如果你的业务数据中有明显的冷热数据区分，我建议你使用 allkeys-lru 策略。
• 如果业务应用中的数据访问频率相差不大，没有明显的冷热数据区分，建议使用 allkeys-random 策略，随机选择淘汰的数据就行。
• 如果你的业务中有置顶的需求，比如置顶新闻、置顶视频，那么，可以使用 volatile-lru 策略，同时不给这些置顶数据设置过期时间。这样一来，这些需要置顶的数据一直不会被删除，而其他数据会在过期时根据 LRU 规则进行筛选。

如何处理被淘汰的数据？

一旦被淘汰的数据选定后，如果这个数据是干净数据，那么我们就直接删除；如果这个数据是脏数据，我们需要把它写回数据库。

那怎么判断一个数据到底是干净的还是脏的呢？

• 干净数据和脏数据的区别就在于，和最初从后端数据库里读取时的值相比，有没有被修改过。干净数据一直没有被修改，所以后端数据库里的数据也是最新值。在替换时，它可以被直接删除。
• 而脏数据就是曾经被修改过的，已经和后端数据库中保存的数据不一致了。此时，如果不把脏数据写回到数据库中，这个数据的最新值就丢失了，就会影响应用的正常使用。

即使淘汰的数据是脏数据，Redis 也不会把它们写回数据库。所以，我们在使用 Redis 缓存时，如果数据被修改了，需要在数据修改时就将它写回数据库。否则，这个脏数据被淘汰时，会被 Redis 删除，而数据库里也没有最新的数据了。

Redis怎么优化内存？

1、控制key的数量：当使用Redis存储大量数据时，通常会存在大量键，过多的键同样会消耗大量内存。Redis本质是一个数据结构服务器，它为我们提供多种数据结构，如hash，list，set，zset 等结构。使用Redis时不要进入一个误区，大量使用get/set这样的API，把Redis当成Memcached使用。对于存储相同的数据内容利用Redis的数据结构降低外层键的数量，也可以节省大量内存。
2、缩减键值对象，降低Redis内存使用最直接的方式就是缩减键（key）和值（value）的长度。

• key长度：如在设计键时，在完整描述业务情况下，键值越短越好。
• value长度：值对象缩减比较复杂，常见需求是把业务对象序列化成二进制数组放入Redis。首先应该在业务上精简业务对象，去掉不必要的属性避免存储无效数据。其次在序列化工具选择上，应该选择更高效的序列化工具来降低字节数组大小。

3、编码优化。Redis对外提供了string,list,hash,set,zet等类型，但是Redis内部针对不同类型存在编码的概念，所谓编码就是具体使用哪种底层数据结构来实现。编码不同将直接影响数据的内存占用和读写效率。

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• 1、redisObject对象
  

type字段：
利用集合类型数据，因为通常情况下很多小的Key-Value可以用更紧凑的方式存放到一起。尽可能使用散列表（hashes），散列表（是说散列表里面存储的数少）使用的内存非常小，所以你应该尽可能的将你的数据模型抽象到一个散列表里面。比如你的web系统中有一个用户对象，不要为这个用户的名称，姓氏，邮箱，密码设置单独的key，而是应该把这个用户的所有信息存储到一张散列表里面。

encoding字段:
采用不同的编码实现内存占用存在明显差异

lru字段:
开发提示：可以使用scan object idletime 命令批量查询哪些键长时间未被访问，找出长时间不访问的键进行清理降低内存占用。

refcount字段:
当对象为整数且范围在[0-9999]时，Redis可以使用共享对象的方式来节省内存。

ptr字段 :
开发提示：高并发写入场景中，在条件允许的情况下建议字符串长度控制在39字节以内，减少创建redisObject内存分配次数从而提高性能。

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• 2、缩减键值对象
  降低Redis内存使用最直接的方式就是缩减键（key）和值（value）的长度。
  可以使用通用压缩算法压缩json,xml后再存入Redis，从而降低内存占用

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• 3、共享对象池
  对象共享池指Redis内部维护[0-9999]的整数对象池。创建大量的整数类型redisObject存在内存开销，每个redisObject内部结构至少占16字节，甚至超过了整数自身空间消耗。所以Redis内存维护一个[0-9999]的整数对象池，用于节约内存。 除了整数值对象，其他类型如list,hash,set,zset内部元素也可以使用整数对象池。因此开发中在满足需求的前提下，尽量使用整数对象以节省内存。
  当设置maxmemory并启用LRU相关淘汰策略如:volatile-lru，allkeys-lru时，Redis禁止使用共享对象池。

为什么开启maxmemory和LRU淘汰策略后对象池无效?
LRU算法需要获取对象最后被访问时间，以便淘汰最长未访问数据，每个对象最后访问时间存储在redisObject对象的lru字段。对象共享意味着多个引用共享同一个redisObject，这时lru字段也会被共享，导致无法获取每个对象的最后访问时间。如果没有设置maxmemory，直到内存被用尽Redis也不会触发内存回收，所以共享对象池可以正常工作。
综上所述，共享对象池与maxmemory LRU策略冲突，使用时需要注意。

为什么只有整数对象池？
首先整数对象池复用的几率最大，其次对象共享的一个关键操作就是判断相等性，Redis之所以只有整数对象池，是因为整数比较算法时间复杂度为O(1)，只保留一万个整数为了防止对象池浪费。如果是字符串判断相等性，时间复杂度变为O(n)，特别是长字符串更消耗性能(浮点数在Redis内部使用字符串存储)。对于更复杂的数据结构如hash,list等，相等性判断需要O(n2)。对于单线程的Redis来说，这样的开销显然不合理，因此Redis只保留整数共享对象池。

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• 4、字符串优化
  Redis没有采用原生C语言的字符串类型而是自己实现了字符串结构，内部简单动态字符串，简称SDS。

字符串结构：

• 特点：
  O(1)时间复杂度获取：字符串长度，已用长度，未用长度。
  可用于保存字节数组，支持安全的二进制数据存储。
  内部实现空间预分配机制，降低内存再分配次数。
  惰性删除机制，字符串缩减后的空间不释放，作为预分配空间保留。

预分配机制：

• 开发提示:尽量减少字符串频繁修改操作如append，setrange, 改为直接使用set修改字符串，降低预分配带来的内存浪费和内存碎片化。

字符串重构：基于hash类型的二级编码方式。

• 二级编码怎么用？
  二级编码方法中采用的 ID 长度是有讲究的。
  涉及到一个问题–Hash 类型底层结构小于设定值时使用压缩列表，大于设定值时使用哈希表。
  一旦从压缩列表转为了哈希表，Hash 类型会一直用哈希表进行保存，而不会再转回压缩列表。
  在节省内存空间方面，哈希表就没有压缩列表那么高效。为能充分使用压缩列表的精简内存布局，一般要控制保存在 Hash 中的元素个数。

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• 5.编码优化
  使用压缩列表ziplist编码的hash类型依然比使用hashtable编码的集合节省大量内存。

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• 6.控制key的数量
  开发提示：使用ziplist hash优化keys后，如果想使用超时删除功能，开发人员可以存储每个对象写入的时间，再通过定时任务使用hscan命令扫描数据，找出hash内超时的数据项删除即可。

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当Redis内存不足时，首先考虑的问题不是加机器做水平扩展，应该先尝试做内存优化。当遇到瓶颈时，再去考虑水平扩展。即使对于集群化方案，垂直层面优化也同样重要，避免不必要的资源浪费和集群化后的管理成本。

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