Redis 內存管理

1. Redis 給緩存數據設置過期時間的作用

給緩存數據設置過期時間（TTL, Time-To-Live）有以下幾個重要作用：

(1) 自動釋放內存

• 避免緩存數據無限增長，導致 Redis 內存溢出。
• 例如，在 會話管理、短連接信息、臨時令牌 等場景下，設置過期時間可以自動清理數據，避免占用大量內存。

(2) 提高緩存的實時性

• 設置較短的 TTL 讓數據 保持新鮮，保證用戶獲取的是最新的數據。
• 例如，熱點新聞、秒殺活動商品庫存，需要定期更新。

(3) 限制數據的生命周期

• 適用于 驗證碼、用戶 Token 等數據，超時后自動失效，提高安全性。
• 例如，驗證碼有效期 5 分鐘，超時后自動刪除，防止惡意重復使用。

(4) 提高緩存命中率

• 如果數據頻繁變化，不設置過期時間，可能導致大量 冷數據 長期占用內存，影響緩存命中率。
• 通過 TTL 控制數據生命周期，保證 Redis 主要存儲熱點數據。

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2. Redis 是如何判斷數據是否過期的？

Redis 通過 兩種方式 判斷數據是否過期：

(1) 訪問 Key 時檢查（惰性刪除）

• **機制：**當客戶端訪問一個 Key（如 GET key）時，Redis 檢查其過期時間：
  • 如果 Key 已過期，立即刪除，并返回 nil 或默認值。
  • 如果 Key 未過期，則正常返回數據。
• 優點：減少 CPU 資源占用，僅對訪問的數據進行檢查。
• 缺點：如果一個 Key 長期不被訪問，即使已經過期，也不會被刪除，可能導致 內存占用過高。

(2) 定期掃描過期 Key（定期刪除）

• **機制：**Redis 每 100ms 進行一次過期檢查：
  1. 隨機抽取部分 Key（默認 20 個）。
  2. 檢查是否過期，如果過期就刪除。
  3. 如果刪除的 Key 超過 25%（默認閾值），則繼續下一輪檢查，避免過期 Key 堆積。
• 優點：可以主動清理一部分過期數據，減少內存占用。
• 缺點：無法保證所有過期 Key 及時刪除，仍可能導致部分過期數據滯留。

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3. Redis 過期 Key 的刪除策略

Redis 采用 三種刪除策略 結合使用，以平衡 性能 和 內存占用。

刪除策略	觸發時機	優點	缺點
惰性刪除	訪問 Key 時檢查	CPU 資源占用低，只檢查訪問的數據	冷數據不會被清理，可能導致內存占滿
定期刪除	每 100ms 掃描部分 Key	主動清理一部分過期 Key，避免過期數據堆積	無法清理所有過期 Key，仍可能占用大量內存
內存淘汰（Eviction）	內存滿時觸發	確保 Redis 可用，釋放空間給新數據	可能刪除熱點數據，影響緩存命中率

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4. Redis 的內存淘汰策略（Eviction Policy）

如果過期 Key 沒有及時刪除，導致 內存達到 maxmemory 限制，Redis 會采用 內存淘汰策略 釋放空間，主要有三類：

(1) 直接拒絕寫入

• noeviction（默認策略）：
  • 機制：當 Redis 內存滿了，拒絕新的寫入請求，返回錯誤。
  • 適用場景：適用于 不能丟失數據 的場景（如金融交易數據）。
  • 缺點：可能導致系統不可用。

(2) 僅淘汰帶過期時間（TTL）的 Key

• volatile-lru：淘汰 帶 TTL 的 Key，按 LRU（最近最少使用）刪除。
• volatile-lfu：淘汰 帶 TTL 的 Key，按 LFU（最少使用）刪除。
• volatile-random：隨機刪除 帶 TTL 的 Key。
• volatile-ttl：優先刪除 TTL 最短的 Key。

(3) 淘汰所有 Key

• allkeys-lru：在 所有 Key 中，刪除 最近最少使用（LRU） 的 Key。
• allkeys-lfu：在 所有 Key 中，刪除 最少使用（LFU） 的 Key。
• allkeys-random：隨機刪除 任意 Key。

淘汰策略對比

策略	適用范圍	適用場景	優點	缺點
noeviction	所有 Key	不能丟失數據的業務	數據絕對安全	可能導致 Redis 無法寫入
allkeys-lru	所有 Key	普通緩存（如 Web 緩存）	保留熱點數據	LRU 計算有額外開銷
volatile-lru	僅帶 TTL	有過期時間的緩存	保留熱點緩存數據	TTL 過少時，可能無 Key 可刪除
allkeys-random	所有 Key	低優先級緩存	簡單高效	可能誤刪熱點數據
volatile-random	僅帶 TTL	無訪問規律的緩存	低計算成本	命中率低
volatile-ttl	僅帶 TTL	定期緩存數據	優先刪除即將過期的數據	TTL 設定不合理可能影響命中率
allkeys-lfu	所有 Key	熱點數據變化快	優先保留高頻訪問數據	計算比 LRU 高
volatile-lfu	僅帶 TTL	高頻訪問緩存	結合訪問頻率和 TTL 進行優化	計算比 LRU 高

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5. 綜述

1. 為什么 Redis 需要設置過期時間？
   • 釋放內存，防止數據無限增長。
   • 保證數據實時性，避免使用陳舊數據。
   • 提高緩存命中率，讓 Redis 保留熱點數據。
   • 符合業務需求（如驗證碼、Token 需要自動失效）。
2. Redis 如何判斷 Key 是否過期？
   • 惰性刪除：訪問 Key 時檢查，若過期則刪除。
   • 定期刪除：每 100ms 隨機檢查部分 Key，并刪除過期 Key。
3. Redis 過期 Key 如何刪除？
   • 惰性刪除 + 定期刪除 + 內存淘汰策略 結合，平衡 性能 和 內存占用。
4. Redis 如何在內存滿時清理數據？
   • 默認拒絕寫入（noeviction）
   • 基于 LRU/LFU/TTL 的內存淘汰策略
   • 隨機淘汰或基于訪問頻率、TTL 進行優化

通過合理設置 過期時間 + 淘汰策略，可以讓 Redis 高效管理內存，保證緩存數據的 可用性和實時性。