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1. 前言

Redis 相對于傳統的關系型數據庫（例如 MySQL ）而言，還具有設置過期時間的特性，在項目實戰中，我們經常關心的三元組是 {key，value，expire_time}。這里的過期時間（expire_time）是的具體執行方式，涉及到 Redis 的緩存過期策略。

2. 緩存過期策略

面試官提問： Redis 里的 Key 超過失效時間，是如何處理的呢？

題目解析：

首先，我們要明白緩存過期的目的是為了在 Key 超過 expire_time 后，從內存中刪除，減少內存空間的占用。其次，要分析不同策略的定義、優點和缺點。Redis 的過期策略主要有三種實現方式：

（1）定時刪除：

• 定義：對于每一個有過期時間的 Key，創建一個定時器，到過期時間立即刪除；
• 優點：保存內存可以盡快釋放，減少過期 Key 對內存空間的占用；
• 缺點：占用大量的 CPU 資源去處理定時器，影響緩存的吞吐量，這和 Redis 設計追求性能的設定不符，所以一般不會采用這種策略。

（2）惰性刪除：

• 定義：過期的 Key 不做處理，只有當訪問這個 Key 時才會判斷是否過期，過期則清除；
• 優點：刪除操作只有在訪存的時候才可能執行，對 CPU 的占用做到了最小。
• 缺點：如果內存中大量的 Key 均過期，且一段時間內沒有被訪問，會占用大量內存。

（3）定期刪除：

• 定義：每隔一段時間全量掃描設置了過期時間的 Key，如果失效則從內存中刪除，否則不做處理；
• 優點：通過限制定時的頻率，來減少對 CPU 的占用和對內存的占用；
• 缺點：作為一種折中的方案，在內存友好方面，不如定時刪除策略；在 CPU 友好方面，不如惰性刪除。使用時的表現非常依賴配置的定期頻率。

3. 內存淘汰機制

面試官提問： Redis 的內存淘汰機制有哪些，能枚舉說明嗎？

題目解析：

我們需要注意，緩存過期策略和內存淘汰機制是容易混淆的兩個概念，兩者的目的不同。

• 緩存過期策略：針對過期 Key ，從內存中移除的方式。
• 內存淘汰機制：針對 Redis 內存不足時，業務還在繼續往 Redis 追加內容，如何處理已有的內容。

在 Redis 的 redis.conf 文件中，我們能找到八種可配置的內存淘汰機制：

• volatile-lru：當內存不足以容納新寫入數據時，在設置了過期時間的鍵空間中，移除最近最少使用的 key；
• allkeys-lru：當內存不足以容納新寫入數據時，在鍵空間中，移除最近最少使用的 key；
• volatile-lfu：當內存不足以容納新寫入數據時，在過期密集的鍵中，使用 LFU 算法進行刪除 key；
• allkeys-lfu：當內存不足以容納新寫入數據時，對所有的 key 執行 LFU 算法篩選過期；
• volatile-random：當內存不足以容納新寫入數據時，在設置了過期的鍵中，隨機刪除一個 key；
• allkeys-random：當內存不足以容納新寫入數據時，隨機刪除一個或者多個 key；
• volatile-ttl：當內存不足以容納新寫入數據時，在設置了過期時間的鍵空間中，有更早過期時間的 key 優先移除；
• noeviction：當內存不足以容納新寫入數據時，新寫入操作直接報錯，無法寫入。

上述算法按照特性可以分為幾類：LRU/LFU 算法、隨機刪除算法、優先淘汰歷史數據算法、報錯處理算法。

在項目中推薦兩種 LRU 算法，即如果 Redis 用作持久化數據庫，不配置緩存過期時間，采用 allkeys-lru ；如果 Redis 作為緩存數據庫，配置了 Key 過期時間，采用 volatile-lru 算法。

4. LRU 算法

面試官提問： 緩存過期的 LRU 算法原理是什么？

題目解析：

既然在 Redis 中談到了 LRU ，就不可避免解釋其原理。LRU（Least Recently Used，最近最少使用算法）是最常見的緩存淘汰算法，核心思想是 "如果數據最近被訪問過，那么將來被訪問的可能性也更高"。

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LRU 算法的核心步驟在于：

1. 新數據直接插入到鏈表頭部；
2. 每當緩存命中（即緩存數據被訪問），則將被命中的數據移到鏈表頭部；
3. 當鏈表滿的時候，將鏈表尾部的數據丟棄。

從性質上總結，越靠近鏈表頭部的數據越是不容易被淘汰，越靠近鏈表尾部的數據越是容易淘汰。

5. 小結

本章介紹了 Redis 緩存過期策略和內存淘汰策略，需要大家區分兩種策略解決的問題，同時需要針對 LRU 算法原理進行說明，必要性能夠做到手寫 LRU 算法的偽代碼。