Redis怎么快速用内存做缓存，背后原理其实挺有意思的，聊聊redis内存工作机制

说到Redis怎么用内存做缓存，咱们得先明白它最核心的一个特点：快，为啥它能那么快？一个主要原因就是它把所有数据都放在内存里操作，你想啊，从内存里读数据，比去硬盘数据库（比如MySQL）里读，那可快了不是一星半点,简直就是从自家书桌上拿东西和跑去图书馆查资料的区别。

但这里就引出一个最直接的问题：内存可比硬盘贵多了，而且一断电，数据就全没了，Redis是怎么解决这两个“命门”的呢？这就是它内存工作机制有意思的地方了。

怎么在有限的内存里放下更多的东西？—— Redis的“精打细算”

Redis可不是把数据往内存里一扔就不管了，为了节省空间,它用了不少巧妙的办法：

1. “因地制宜”的数据结构：Redis不是只用一种简单的方式来存所有数据，比如你存一个数字，Redis发现这是个整数，它就会用一个特别省空间的结构（int）来存，而不是当成字符串来存，对于哈希（Hash）这种结构，当字段很少的时候，Redis会用一种叫ziplist（压缩列表） 的结构，把所有的键值对紧凑地排在一起，能有效减少内存开销，只有当数据量变大时，才会转换成标准的哈希表，这种根据数据大小和类型动态选择底层结构的能力，是它节省内存的第一招。（来源：Redis官方文档关于内存优化的部分）

2. “过期”数据的自动清理：缓存数据很多都不是需要永久保存的，Redis允许你给每个键（key）设置一个生存时间（TTL），时间一到，这个键就会被自动删除，释放出内存空间，这就像给超市里的商品贴了个保质期标签，到期就下架，腾出货架给新商品,它主要通过两种方式实现：

   

   • 惰性删除：当客户端尝试访问一个键时，Redis才会检查它是否过期了，如果过期就当场删除，这很及时，但如果一个过期的键永远没人访问,它就永远占着地方。
   • 定期删除：Redis会每隔一段时间（默认100毫秒）随机抽取一些设置了过期时间的键进行检查，删除其中已过期的，通过这种主动扫描的方式，来弥补惰性删除的不足。（来源：《Redis设计与实现》一书中关于键过期策略的章节）

内存用完了怎么办？—— Redis的“断舍离”机制

就算再省，服务器的内存总是有限的，当新数据进来，发现内存已经满了，Redis怎么办？它不会直接报错，而是会根据你预先配置的内存淘汰策略（maxmemory-policy） 来决定扔掉哪些旧数据，给新数据腾地方,常见的策略有：

• allkeys-lru：这是最常用的一种，LRU是“最近最少使用”的意思，Redis会尝试淘汰掉所有键中，最长时间没有被访问过的那个，这很符合缓存的直觉：把最不常用的“冷”数据踢出去。
• volatile-lru：只从那些设置了过期时间的键中,淘汰最近最少使用的。
• allkeys-random：随便淘汰一个键,简单粗暴。
• noeviction：不淘汰任何数据，当内存不足时，新写入的操作会报错,这适合你要求数据绝对不能丢失的场景。

（来源：Redis配置文件中关于maxmemory-policy的详细说明）

这里有个有趣的技术点，实现一个完美的LRU算法需要记录每个键的精确访问时间戳，这会消耗额外内存，所以Redis用了个近似LRU算法：它每次随机挑选几个键，然后从这几个键里淘汰掉那个最久未使用的，虽然不绝对精确，但在实际应用中效果非常好，而且几乎不消耗额外资源，这种在精确度和效率之间的权衡,体现了Redis务实的设计哲学。

断电后数据怎么恢复？—— 持久化机制

为了解决内存数据易失的问题，Redis提供了两种主要的“备份”到硬盘的机制：

• RDB（快照）：在特定的时间点，把当前内存中完整的数据集生成一个快照文件（dump.rdb）保存到硬盘，恢复的时候，直接把这份文件读回内存就行了，速度非常快，缺点是如果服务器在两次快照之间宕机,会丢失最后一次快照之后的数据。
• AOF（追加日志）：把每一个写命令都记录到一个日志文件里，当Redis重启时，会重新执行一遍AOF文件中的所有命令，来恢复数据，这样数据丢失的风险极低（你可以配置成每秒同步一次，甚至每命令同步），缺点是AOF文件通常会比RDB文件大,恢复速度也慢一些。

很多时候，生产环境会两者结合使用，用AOF来保证数据安全,同时定期生成RDB快照用于快速恢复和备份。

所以你看，Redis看似简单，就是往内存里存数据，但背后这一整套机制——从如何高效利用内存、智能淘汰数据，到如何持久化保证数据安全——环环相扣，共同支撑起了它作为高性能缓存的核心能力，它不是在蛮干，而是在内存这个昂贵的资源上,做足了精细化的文章。