我们知道 Redis 的所有数据都存储在内存中，内存是我们系统中的一个非常珍贵的资源，不能随意浪费，所以如何合理高效地利用 Redis 内存就变得非常重要了。本文从两个方面来阐述 Redis 的内存机制：
- 知道 Redis 的内存主要消耗在什么地方
- 如何管理内存
查看内存
在文章【死磕 Redis】----- info 命令详解介绍了 info memory 命令可以查看 Redis 内存消耗情况，是我们分析 Redis 内存使用情况的好工具。执行命令后如下：
我们重点关注几个指标：
| 属性名 | 属性说明 |
|---|---|
used_memory |
Redis 分配器分配的内存总量，指 Redis 存储的所有数据所占的内存 |
used_memory_human |
以可读的形式返回 user_memory |
used_memory_rss |
Redis 进程占用的物理内存总量 |
used_memory_peak |
used_memory 使用的峰值 |
used_memory_peak_human |
可读格式返回 used_memory_peak |
used_memory_lua |
Lua 引擎消耗的内存大小 |
mem_fragmentation_ratio |
used_memory_rss/used_memory 比值，内存碎片率 |
mem_allocator |
Redis 所使用的内存分配器，默认 jemalloc |
这里我们需要重点关注
1
说明多出来的部分名没有用于数据存储，而是被内存碎片所消耗，相差越大，说明内存碎片率越严重。mem_fragmentation_ratio < 1一般出现在Redis内存交换（Swap）到硬盘导致（used_memory > 可用最大内存时，Redis会把旧的和不适用的数据写入到硬盘，这块空间就叫Swap空间），出现这种情况需要格外关注，硬盘速度远远慢于内存，Redis性能就会变得很差，甚至僵死。 在理想情况下mem_fragmentation_ratio` 只会比 1 稍微大一点点，也就是 used_memory_rss 的值应该只比 used_memory 稍微高一些。
内存消耗划分
Redis 的内存主要包括：对象内存 + 缓冲内存 + 自身内存 + 内存碎片。如下
对象内存
对象内存是 Redis 内存中占用最大的一块，存储着所有的用户数据。我们知道 Redis 是一个 key-value 的内存数据库，所有的数据都采用 key-value 型数据类型，每次在创建 key-value 键值对对象的时候都要创建两个对象：key 对象和value 对象。其中 key 对象是字符串，value 对象我们知道有五中数据类型-String、Hash、List、Set、Zset，每种数据类型在使用的时候占用的内存不同。
缓冲内存
主要包括：客户端缓冲、AOF 缓冲区、复制积压缓冲区。
- 客户端缓冲：普通的客户端连接
- AOF 缓冲区：Redis 持久化分为两种：RDB 和 AOF，其中 RDB 是内存快照，AOF 是将 Redis 的命令 append 在文件中，不过在写入文件之前会先写入到缓冲区，然后根据不同的持久化策略向磁盘进行同步。在进行 AOF 重写时也有一个AOF 重写缓冲区。一般 AOF 缓冲区都会比较小。
- 复制积压缓冲区：主要用于主从同步。在进行主从同步时，Redis 会将最新的命令写入到复制积压缓冲区，在进行复制的时候，会校验复制偏移量是否在复制积压缓冲区中，如果是则进行部分复制，否则进行全量复制。它默认情况下是 1MB，我们需要根据实际请求适当调整他的大小，毕竟设置太小的话，可能会使部分复制退化为全量复制。
自身内存
自身内存主要指 AOF/RDB 的时候 Redis 创建子进程内存的消耗，一般这部分的消耗会比较小。
内存碎片
目前可选的分配器有 jemalloc、glibc、tcmalloc，默认 jemalloc。
出现高内存碎片问题的情况：大量的更新操作，比如 append、setrange；大量的过期键删除，释放的空间无法得到有效利用。
解决办法：数据对齐，安全重启（高可用/主从切换）。
内存管理
设置 maxmemory
如果我们不设置 maxmemory ，Redis 则默认使用无限内存，所以为了 Redis 不系统的内存耗尽，我们在使用 Redis 的时候尽量去配置 maxmemory，给 Redis 设置内存使用上限。maxmemory 配置的是 Redis 的实际使用内存，即 used_memory，但是由于有内存碎片的存在，所以 Redis 实际使用的内存会比 used_memory 要大，在合理情况下一般只会大一点点。
配置内存回收策略
Redis 回收内存大致有两种机制：
- 删除达到过期时间的对象
- 当内存达到 maxmemory 时触发内存溢出控制策略，强制删除选择出来的对象
Redis 删除过期键值对对象一般有两种策略：惰性删除和主动定时任务删除。
惰性删除：这种删除策略，Redis 不会主动去删除已经过期的键值对，而是等待客户端去读取带有超时属性的键时，如果已经超时了则删除该键值对对象，然后返回空。这样有一个好处就是节省了 CPU ，因为 Redis 不需要单独去维护 TTL 链表来处理过期键的删除，但是有一个坏处就是如果过期的键一直都没有被访问，则永远不会被删除了。那么怎么解决呢？Redis 提供了一个定时任务的删除机制来补救。
定时任务删除：Redis 内部维护一个定时任务，默认是每秒运行 10 次，删除逻辑如下图：
内存溢出控制策略
当 Redis 所用内存达到 maxmemory 上限时会触发相应的溢出控制策略。Redis支持6种策略，如下所示：
| 策略 | 说明 |
|---|---|
| noeviction | 默认策略，不会删除任何数据，拒绝所有写入操作并返 回客户端错误信息（error）OOM command not allowed when used memory，此 时Redis只响应读操作。 |
| volatile-lru | 根据LRU算法删除设置了超时属性（expire）的键，直 到腾出足够空间为止。如果没有可删除的键对象，回退到noeviction策略。 |
| allkeys-lru | 根据LRU算法删除键，不管数据有没有设置超时属性， 直到腾出足够空间为止。 |
| allkeys-random | 随机删除所有键，直到腾出足够空间为止。 |
| volatile-random | 随机删除过期键，直到腾出足够空间为止。 |
| volatile-ttl | 根据键值对象的ttl属性，删除最近将要过期数据。如果没有，回退到noeviction策略。 |
内存溢出控制策略可以使用 config set maxmemory-policy {policy} 语句进行动态配置。
当 Redis 因为内存溢出删除键时，可以通过执行 info stats 命令查看 evicted_keys 指标找出当前 Redis 服务器已剔除的键数量。
参考
- 《Redis 开发与运维》
- 理解Redis的内存
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