Redis内存分配那些事儿，聊聊它到底咋管理内存的

主要参考自Redis官方文档、博客以及《Redis设计与实现》一书）

说起Redis,大家都知道它快，像个闪电侠，但这份速度，很大程度上是用内存换来的，数据都放在内存里，不用慢吞吞地去硬盘里翻找，能不快吗？Redis怎么管好自己这一亩三分地（内存）就显得特别重要了，今天咱们就聊聊，Redis这家伙到底是怎么当这个“内存大管家”的。

第一件事：它用什么方式装下你的数据？

你往Redis里塞一个键值对,set name "张三"，Redis可不是随便找块空地就给你扔那儿，它有自己的“收纳盒”，这个盒子的名字叫内存分配器，Redis早期版本直接用电脑操作系统自带的内存分配方法（比如malloc），但后来发现不行，操作系统那套太通用了，对于Redis这种频繁申请释放小块内存的场景，效率不高还容易产生内存碎片。

Redis的开发者自己搞了一个更适合自己的分配器,叫 jemalloc，或者也可以选择 tcmalloc，你可以把它们想象成专门为Redis定制的高级收纳师，它们是怎么工作的呢？简单说就是“批发转零售”，jemalloc会先向操作系统申请一大块连续的内存（比如4MB），这一大块叫做一个“内存页”，当Redis需要存储一个小的键值对时，jemalloc就从自己管理的这个“大仓库”里切一小块给你用，这样做的好处太多了：向操作系统申请内存的次数大大减少，因为是一次批发，多次零售；管理自己仓库里的内存碎片要比管理整个系统的内存碎片容易得多，这就好比你自己有个工具箱，东西都归置得井井有条，总比每次要用锤子都去整个杂货间里翻要快得多。（来源：Redis官方文档关于内存优化的章节）

第二件事：数据过期了怎么办？总不能一直占着地方吧？

你肯定用过Redis的过期时间功能,setex key 60 value，让数据一分钟后自动消失，这是个好功能，但背后有个问题：Redis怎么知道哪些数据过期了并及时清理掉，把内存腾出来呢？它可不是每分钟都把所有的数据检查一遍，那太慢了，如果数据量特别大，扫描一遍会卡死整个服务。

Redis用了两种策略结合的办法,像个精明的保洁阿姨：

1. 惰性删除：这是主菜，当客户端试图访问一个键的时候，Redis才会顺便检查一下这个键是否过期了，如果过期，就立刻删除，然后告诉客户端“这个键不存在”，这招非常高效，因为只会在真正被用到的时候才做检查，但缺点也很明显：如果一个键永远不再被访问，即使它早过期了，也会一直赖在内存里，成了“僵尸数据”，白占地方。

2. 定期删除：这是对惰性删除的补充，因为怕“僵尸数据”太多，Redis会每隔一段时间（默认是每秒10次，可配置）随机抽取一部分设置了过期时间的键进行检查，并删除其中过期的，注意，是“随机抽检”一部分，而不是全部，所以对CPU影响很小，通过多次的随机抽检，最终能比较及时地清理掉大部分过期数据。

这两种策略配合,就在性能和内存回收之间取得了一个很好的平衡。（来源：《Redis设计与实现》中关于键过期策略的详解）

第三件事：内存快满了，Redis的“断舍离”大招

当Redis占用的内存达到你设置的上限时（通过 maxmemory 参数配置），真正的考验就来了，新的数据要进来，但没地方放了，怎么办？这时候，Redis不会自作主张地崩溃，而是会启动它的内存淘汰策略，这个策略就像是在家里空间不够时，决定扔掉哪些东西来腾地方，你可以根据你的业务需求，选择不同的淘汰策略，常见的有以下几种：

• noeviction：直接拒绝所有写入请求，只允许读操作，这是默认策略，最省心，但可能会让你的服务看起来像“挂了一样”。
• allkeys-lru：这是最常用的策略之一，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键，这比较符合常识，不常用的东西就先扔了，Redis用的是一种近似的LRU算法，不是完全精确的，但用很少的内存开销就获得了非常接近的效果，性价比极高。
• 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：简单粗暴，随机淘汰一个键。
• volatile-ttl：从设置了过期时间的键中，淘汰剩余寿命最短的那个。

选择哪种策略,取决于你的数据的重要性，如果你的数据都没设过期时间，那肯定不能用volatile开头的策略，如果你的数据访问有热点，allkeys-lru通常是个不错的选择。（来源：Redis官方文档对maxmemory-policy配置的说明）

第四件事：怎么让内存更紧凑？对付“空间浪费”

即使有了优秀的分配器和淘汰策略,还有一个隐形杀手——内存碎片，这就像你衣柜里，虽然衣服总量没变，但大衣和小袜子之间留下了很多小空隙，导致一件新大衣塞不进去了，内存碎片也是这样产生的：比如你频繁地修改数据，新写入的数据可能比旧数据大或者小，导致分配的内存块大小不匹配，从而产生很多无法被利用的小空隙。

Redis怎么解决这个问题呢？从4.0版本开始，它提供了一个“大扫除”功能：内存碎片整理，你可以通过配置开启它，Redis会在后台慢慢地、一点点地把数据拷贝到新的、更紧凑的内存位置，从而把碎片合并起来，这个过程是渐进式的，不会严重阻塞正常服务，但可能会稍微增加一点CPU的负担，这又是一个需要根据实际情况权衡的开关。（来源：Redis 4.0 release notes 以及相关博客对ACTIVE DEFRAGMENTATION的介绍）

Redis这个“内存大管家”当得是相当称职的，它通过定制化的内存分配器（jemalloc/tcmalloc） 来高效地分配内存；用惰性删除加定期删除的组合拳来清理过期数据；在内存不足时，通过可配置的淘汰策略来做出艰难的取舍；还提供了碎片整理工具来优化内存空间，理解了这几件事，你就能更好地驾驭Redis，让它既跑得快，又不会因为内存问题而“掉链子”。