Redis删除策略和发布订阅

过期数据
- Redis中的数据特征
- 时效性数据的存储结构
数据删除策略
- 定时删除
- 惰性删除
- 定期删除
- 删除策略对比
逐出算法
- 新数据进入检测
- 影响数据逐出的相关配置
Redis发布订阅
- Redis 发布订阅命令
- 测试
- 原理

过期数据

曾经设置过有效期的数据，到达了有效期，却没有被删除的数据

Redis中的数据特征

Redis是一种内存级数据库，所有数据均存放在内存中，内存中的数据可以通过TTL指令获取其状态
- XX ：具有时效性的数据
- -1 ：永久有效的数据
- -2 ：已经过期的数据或被删除的数据或未定义的数据

时效性数据的存储结构

这四个指令可以设置过期时间，会给一个key设置对应的过期时间

内部是这样存储的

左边0x0110是内存地址
右边则是过期时间
一个value对应一个field 是hash的结构

数据删除策略

定时删除
惰性删除
定期删除

数据删除策略的目标
在内存占用与CPU占用之间寻找一种平衡，顾此失彼都会造成整体redis性能的下降，甚至引发服务器宕机或内存泄露

定时删除

创建一个定时器，当key设置有过期时间，且过期时间到达时，由定时器任务立即执行对键的删除操作
优点：节约内存，到时就删除，快速释放掉不必要的内存占用
缺点：CPU压力很大，无论CPU此时负载量多高，均占用CPU，会影响redis服务器响应时间和指令吞吐量
总结：用处理器性能换取存储空间（拿时间换空间）

惰性删除

数据到达过期时间，不做处理。直到下次访问该数据时
- 如果未过期，返回数据
- 发现已过期，删除，返回不存在
- 内部有一个操作expirelfNeeded() 这个函数检查数据是否过期
优点：节约CPU性能，发现必须删除的时候才删除
缺点：内存压力很大，出现长期占用内存的数据
总结：用存储空间换取处理器性能（拿时间换空间）

定期删除

Redis启动服务器初始化时，读取配置server.hz的值，默认为10

127.0.0.1:6379> info server
configured_hz:10

每秒钟执行server.hz次serverCron() serverCron()是轮询
- databasesCron() 对每个库进行轮询
  - activeExpireCycle()
activeExpireCycle()对每个expires[*]逐一进行检测，每次执行250ms/server.hz
对某个expires[*]检测时，随机挑选W个key检测
- 如果key超时，删除key
- 如果一轮中删除的key的数量>W*25%，循环该过程
- 如果一轮中删除的key的数量≤W*25%，检查下一个expires[*]，0-15循环
- W的取值=ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_LOOKUPS_PER_LOOP属性值
参数current_db用于记录activeExpireCycle()进入哪个expires[*] 执行
如果activeExpireCycle()执行时间到期，下次从current_db继续向下执行

每秒钟执行若干次serverCron()
然后对所有数据库进行轮询databasesCron()
在访问的时候对库中key进行轮询
对key轮询的算法是随机挑选若干个key出来检查判断是否过期
过期则删除，还要判断删除的量占整体的量是多还是少，如果多再来循环一次，如果少就去下一个库

周期性轮询redis库中的时效性数据，采用随机抽取的策略，利用过期数据占比的方式控制删除频度
特点1：CPU性能占用设置有峰值，检测频度可自定义设置
特点2：内存压力不是很大，长期占用内存的冷数据会被持续清理
总结：周期性抽查存储空间（随机抽查，重点抽查）

删除策略对比

策略	对内存	对cpu	总结
定时删除	节约内存，无占用	不分时段占用CPU资源，频度高	拿时间换空间
惰性删除	内存占用严重	延时执行，CPU利用率高	拿空间换时间
定期删除	内存定期随机清理	每秒花费固定的CPU资源维护内存	随机抽查，重点抽查

逐出算法

新数据进入检测

当新数据进入redis时，如果内存不足怎么办？

Redis使用内存存储数据，在执行每一个命令前，会调用freeMemoryIfNeeded()检测内存是否充足。如果内存不满足新加入数据的最低存储要求，redis要临时删除一些数据为当前指令清理存储空间。清理数据的策略称为逐出算法。
注意：逐出数据的过程不是100%能够清理出足够的可使用的内存空间，如果不成功则反复执行。当对所有数据尝试完毕后，如果不能达到内存清理的要求，将出现错误信息

影响数据逐出的相关配置

最大可使用内存

maxmemory
- 占用物理内存的比例，默认值为0，表示不限制。生产环境中根据需求设定，通常设置在50%以上。
每次选取待删除数据的个数

maxmemory-samples
- 选取数据时并不会全库扫描，导致严重的性能消耗，降低读写性能。因此采用随机获取数据的方式作为待检测删除数据
删除策略

maxmemory-policy
- 达到最大内存后的，对被挑选出来的数据进行删除的策略

检测易失数据（可能会过期的数据集server.db[i].expires ）
① volatile-lru：挑选最近最少使用的数据淘汰
② volatile-lfu：挑选最近使用次数最少的数据淘汰
③ volatile-ttl：挑选将要过期的数据淘汰
④ volatile-random：任意选择数据淘汰
检测全库数据（所有数据集server.db[i].dict ）
⑤ allkeys-lru：挑选最近最少使用的数据淘汰
⑥ allkeys-lfu：挑选最近使用次数最少的数据淘汰
⑦ allkeys-random：任意选择数据淘汰
放弃数据驱逐
⑧ no-enviction（驱逐）：禁止驱逐数据（redis4.0中默认策略），会引发错误OOM（Out Of Memory 内存溢出）

在配置文件中

maxmemory-policy volatile-lru

数据逐出策略配置依据

使用INFO命令输出监控信息，查询缓存 hit 和 miss 的次数，根据业务需求调优Redis配置

通过info查看下面两个值
127.0.0.1:6379> info
keyspace_hits:24        # 命中空间
keyspace_misses:0       # 命中丢失

Redis发布订阅

Redis 发布订阅(pub/sub)是一种消息通信模式：发送者(pub)发送消息，订阅者(sub)接收消息。微信，微博的关注系统
Redis 客户端可以订阅任意数量的频道。
订阅/发布消息图：

消息发送者
频道
消息订阅者

下图展示了频道 channel1，以及订阅这个频道的三个客户端—— client2 client5 client1之间的关系：

当有新消息通过PUBLISH命令发送给频道channel1时，这个消息就会被发送给订阅它的三个客户端：

Redis 发布订阅命令

命令	作用
PSUBSCRIBE pattern [pattern …]	订阅一个或多个符合给定模式的频道。
PUBSUB subcommand [argument [argument …]]	查看订阅与发布系统状态。
PUBLISH channel message	将信息发送到指定的频道。
PUNSUBSCRIBE [pattern [pattern …]]	退订所有给定模式的频道。
SUBSCRIBE channel [channel …]	订阅给定的一个或多个频道的信息。
UNSUBSCRIBE [channel [channel …]]	指退订给定的频道。

测试

订阅端：

127.0.0.1:6379> subscribe xiaotian    # 订阅一个频道 xiaotian
Reading messages... (press Ctrl-C to quit)  # 监听读取信息
1) "subscribe"
2) "xiaotian"
3) (integer) 1
# 等待读取推送的信息
1) "message"          # 消息
2) "xiaotian"         # 哪个频道的消息
3) "hello xiaotian"       # 消息的具体内容
1) "message"
2) "xiaotian"
3) "nihao"

发送端：

127.0.0.1:6379> publish xiaotian 'hello xiaotian'   # 发布者发布消息到频道
(integer) 1
127.0.0.1:6379> publish xiaotian 'nihao'   # 发布者发布消息到频道
(integer) 1

原理

Redis是使用C实现的，通过分析Redis源码里的pubsub.c文件，了解发布和订阅机制的底层实现，籍此加深对Redis的理解。

Redis通过PUBLISH、SUBSCRIBE和PSUBSCRIBE等命令实现发布和订阅功能。

通过SUBSCRIBE 命令订阅某频道后，redis-server里维护了一个字典，字典的键就是一个个频道channel，而字典的值则是一个链表，链表中保存了所有订阅这个channel的客户端。SUBSCRIBE命令的关键，就是将客户端添加到给定channel的订阅链表中。

通过PUBLSH命令向订阅者发送消息，redis-server会使用给定的频道作为键，在它所维护的channel字典中查找记录了订阅这个频道的所有客户端的链表，遍历这个链表，将消息发布给所有订阅者。

Pub/Sub从字面上理解就是发布(Publish ）)与订阅(Subscribe )，在Redis中，你可以设定对某一个key值进行消息发布及消息订阅，当一个key值上进行了消息发布后，所有订阅它的客户端都会收到相应的消息。这一功能最明显的用法就是用作实时消息系统，比如普通的即时聊天，群聊等功能。

使用场景：

实时消息系统
实时聊天（频道当作聊天室，将信息回显给所有人即可）
订阅，关注系统

稍微复杂的场景，我们就会使用消息中间件 MQ

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