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Redis 内存管理

1. Redis 给缓存数据设置过期时间的作用

给缓存数据设置过期时间（TTL, Time-To-Live）有以下几个重要作用：

(1) 自动释放内存

• 避免缓存数据无限增长，导致 Redis 内存溢出。
• 例如，在 会话管理、短连接信息、临时令牌 等场景下，设置过期时间可以自动清理数据，避免占用大量内存。

(2) 提高缓存的实时性

• 设置较短的 TTL 让数据 保持新鲜，保证用户获取的是最新的数据。
• 例如，热点新闻、秒杀活动商品库存，需要定期更新。

(3) 限制数据的生命周期

• 适用于 验证码、用户 Token 等数据，超时后自动失效，提高安全性。
• 例如，验证码有效期 5 分钟，超时后自动删除，防止恶意重复使用。

(4) 提高缓存命中率

• 如果数据频繁变化，不设置过期时间，可能导致大量 冷数据 长期占用内存，影响缓存命中率。
• 通过 TTL 控制数据生命周期，保证 Redis 主要存储热点数据。

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2. Redis 是如何判断数据是否过期的？

Redis 通过 两种方式 判断数据是否过期：

(1) 访问 Key 时检查（惰性删除）

• **机制：**当客户端访问一个 Key（如 GET key）时，Redis 检查其过期时间：
  • 如果 Key 已过期，立即删除，并返回 nil 或默认值。
  • 如果 Key 未过期，则正常返回数据。
• 优点：减少 CPU 资源占用，仅对访问的数据进行检查。
• 缺点：如果一个 Key 长期不被访问，即使已经过期，也不会被删除，可能导致 内存占用过高。

(2) 定期扫描过期 Key（定期删除）

• **机制：**Redis 每 100ms 进行一次过期检查：
  1. 随机抽取部分 Key（默认 20 个）。
  2. 检查是否过期，如果过期就删除。
  3. 如果删除的 Key 超过 25%（默认阈值），则继续下一轮检查，避免过期 Key 堆积。
• 优点：可以主动清理一部分过期数据，减少内存占用。
• 缺点：无法保证所有过期 Key 及时删除，仍可能导致部分过期数据滞留。

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3. Redis 过期 Key 的删除策略

Redis 采用 三种删除策略 结合使用，以平衡 性能 和 内存占用。

删除策略	触发时机	优点	缺点
惰性删除	访问 Key 时检查	CPU 资源占用低，只检查访问的数据	冷数据不会被清理，可能导致内存占满
定期删除	每 100ms 扫描部分 Key	主动清理一部分过期 Key，避免过期数据堆积	无法清理所有过期 Key，仍可能占用大量内存
内存淘汰（Eviction）	内存满时触发	确保 Redis 可用，释放空间给新数据	可能删除热点数据，影响缓存命中率

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4. Redis 的内存淘汰策略（Eviction Policy）

如果过期 Key 没有及时删除，导致 内存达到 maxmemory 限制，Redis 会采用 内存淘汰策略 释放空间，主要有三类：

(1) 直接拒绝写入

• noeviction（默认策略）：
  • 机制：当 Redis 内存满了，拒绝新的写入请求，返回错误。
  • 适用场景：适用于 不能丢失数据 的场景（如金融交易数据）。
  • 缺点：可能导致系统不可用。

(2) 仅淘汰带过期时间（TTL）的 Key

• volatile-lru：淘汰 带 TTL 的 Key，按 LRU（最近最少使用）删除。
• volatile-lfu：淘汰 带 TTL 的 Key，按 LFU（最少使用）删除。
• volatile-random：随机删除 带 TTL 的 Key。
• volatile-ttl：优先删除 TTL 最短的 Key。

(3) 淘汰所有 Key

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

淘汰策略对比

策略	适用范围	适用场景	优点	缺点
noeviction	所有 Key	不能丢失数据的业务	数据绝对安全	可能导致 Redis 无法写入
allkeys-lru	所有 Key	普通缓存（如 Web 缓存）	保留热点数据	LRU 计算有额外开销
volatile-lru	仅带 TTL	有过期时间的缓存	保留热点缓存数据	TTL 过少时，可能无 Key 可删除
allkeys-random	所有 Key	低优先级缓存	简单高效	可能误删热点数据
volatile-random	仅带 TTL	无访问规律的缓存	低计算成本	命中率低
volatile-ttl	仅带 TTL	定期缓存数据	优先删除即将过期的数据	TTL 设定不合理可能影响命中率
allkeys-lfu	所有 Key	热点数据变化快	优先保留高频访问数据	计算比 LRU 高
volatile-lfu	仅带 TTL	高频访问缓存	结合访问频率和 TTL 进行优化	计算比 LRU 高

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5. 综述

1. 为什么 Redis 需要设置过期时间？
   • 释放内存，防止数据无限增长。
   • 保证数据实时性，避免使用陈旧数据。
   • 提高缓存命中率，让 Redis 保留热点数据。
   • 符合业务需求（如验证码、Token 需要自动失效）。
2. Redis 如何判断 Key 是否过期？
   • 惰性删除：访问 Key 时检查，若过期则删除。
   • 定期删除：每 100ms 随机检查部分 Key，并删除过期 Key。
3. Redis 过期 Key 如何删除？
   • 惰性删除 + 定期删除 + 内存淘汰策略 结合，平衡 性能 和 内存占用。
4. Redis 如何在内存满时清理数据？
   • 默认拒绝写入（noeviction）
   • 基于 LRU/LFU/TTL 的内存淘汰策略
   • 随机淘汰或基于访问频率、TTL 进行优化

通过合理设置 过期时间 + 淘汰策略，可以让 Redis 高效管理内存，保证缓存数据的 可用性和实时性。