Redis是当今非常流行的内存数据库。我们所有的数据都保存在内存中，所以我们每次读写都是从内存中操作的。所以在带来速度的同时，也给我们带来了内存使用方面的挑战。众所周知，内存在硬件资源中的价格要高于硬盘。通过学习Redis的内存知识，我们可以在保护Redis数据库的同时更高效的发挥Redis的作用，进而管理内存，降低内存消耗和硬件成本。Redis作为一个内存数据库，有命令统计自己使用的内存。通过获取到的相关信息，可以了解Redis当前自身内存使用情况，进而有助于判断内存使用的健康度。Redis提供了查看内存为信息内存的命令。上述指标中需要重点关注的指标有：used_memory_rss和used_memory及其比率mem_fragmentation_ratio。当mem_fragmentation_ratio>1时，表示used_memory_rss-used_memory多余的内存没有用于数据存储，而是被内存碎片消耗掉了。值越大，内存碎片越多。当mem_fragmentation_ratio<1时，这种情况表明正在使用虚拟内存，即正在使用宿主机的硬盘。由于硬盘的性能远低于内存，所以要小心Redis因为性能问题导致的整体故障。根据日常使用情况，mem_fragmentation_ratio的取值在1~1.5之间比较健康。如何处理内存碎片过多的问题？最简单暴力的方法就是重启。Redis4.0版本后，支持运行时自动清理内存碎片。主要是通过设置configsetactivedefragyes来实现的，同时还提供了memorypurge命令，用于手动清理内存碎片。Redis默认使用无限内存，所以为了防止系统内存被耗尽，需要设置Redis内存上限。Redis使用maxmemory参数来限制最大可用内存。通过前面的介绍我们可以知道，maxmemory配置的是Redis实际使用的内存量，也就是used_memory统计项对应的内存。由于内存碎片率的存在，实际消耗的内存可能会比maxmemory设置的要大，所以在实际使用的时候要小心这部分内存溢出。按照惯例，一般会预留服务器20%的空闲内存，以防止内存溢出通过。Redis的内存上限可以通过configsetmaxmemory动态修改，即可以修改最大可用内存。通过动态修改maxmemory，可以达到在当前服务器下动态扩展Redis内存的目的。考虑到现在Redis的部署大多采用集群或者sentinel模式，单台主机不是Redis的单实例，所以建议所有Redis进程都必须配置maxmemory。Redis提供了内存回收策略供运维人员根据内存使用情况进行配置。主要用于当Redis内存使用量达到设定的maxmemory上限时，删除达到过期时间的key对象，执行内存回收策略。所有Redis键都可以设置过期属性。数据库结构中的expires字典存储了数据库中所有key的过期时间。我们称过期字典为过期字典。由于进程中存储了大量的key，为每个key维护一个准确的过期删除机制会消耗大量的CPU，对于单线程Redis来说代价太大。因此，Redis采用惰性删除和定时任务删除机制来实现对过期键的记忆。回收。延迟删除：当客户端读取具有超时属性的键时使用延迟删除。如果超过key设置的过期时间，则执行delete操作，返回empty。这种删除策略对CPU是友好的，删除操作只在必要的时候才会进行，不会在其他expirekey上浪费不必要的CPU时间。但是这种策略对内存并不友好。一个key已经过期，但是在操作之前不会删除，仍然占用内存空间。如果有大量的过期键却很少被访问，会造成内存空间的大量浪费。因为可能有一些key永远不会再被访问，所以这些设置了过期时间的key过期后也需要删除。我们甚至可以将这种情况视为内存泄漏——无用的垃圾数据占用了大量内存，但服务器不会自行释放它们，这对于运行状态非常依赖内存的Redis服务器来说绝对不是一个好消息。正因为如此，Redis还提供了另一种定时任务删除机制，作为懒删除的补充。定时任务删除：Redis内部维护了一个定时任务，默认每秒运行10次（通过配置server.hz控制）。Redis会周期性随机测试一批设置了过期时间的key，并进行处理。已过期的测试密钥将被删除。当Redis使用的内存达到maxmemory的上限时，就会触发相应的溢出控制策略。具体策略由maxmemory-policy参数控制。Redis支持6种策略，如下：1）noeviction：默认策略，数据永不过期，不会删除任何数据。当内存不足以容纳新写入的数据时，新的写入输入操作会报错，一般不推荐使用。2）volatile-lru：根据LRU算法删除设置了超时属性（expire）的key，直到有足够的空间。如果无法删除关键对象，则回退到noeviction策略。在这种情况下，Redis一般既作为缓存，又作为持久化存储。3）allkeys-lru：按照LRU算法删除key，不管数据是否设置了timeout属性，直到腾出足够的空间。一般推荐使用这种策略4）allkeys-random：当内存不足以容纳新写入的数据时，从key空间中随机取出一个Key。5）volatile-random：当内存不足以容纳新写入的数据时，从key空间中随机移除一个key，并设置过期时间。6)volatile-ttl：当内存不足以容纳新写入的数据时，在设置了过期时间的key空间中，先删除过期时间较早的Key。如果不是，则退回到noeviction策略。可以使用configsetmaxmemory-policy{policy}动态配置内存溢出控制策略。上面我们介绍了Redis支持的内存溢出响应策略，运维人员可以根据实际需要灵活定制。综上所述，我们从Redis数据库最关键的特性——内存出发，详细介绍了Redis的内存使用和内存管理，这也是一个专业的Redis运维人员的核心技能。通过这篇文章，可以提高你对Redis内存的理解，但是要真正掌握它还需要很长时间的学习和使用。希望大家一起努力学习进步。
