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Redis缓存失效策略思考

JAVA前线 2020-04-21
240

公众号IT徐胖子原创本文,请勿转载


1 删除过期数据

我们设置Redis元素时可以指定过期时间,那么Redis如何删除这些超时元素?Redis采用了两种策略:定期删除和惰性删除。

(1) 定期删除

Redis每隔一段时间就检查哪些KEY已经过期,如果过期就删除。但是我们来设想一个问题:如果Redis存储KEY非常多,仅仅超时检查这项工作就会非常耗费资源并严重影响服务能力。为了解决这个问题Redis并不是检查全量KEY而只是检查部分,同时引入了惰性删除策略。

(2) 惰性删除

假设当KEY1已经过期,但是由于没有被检查到而未被删除。那么当程序访问KEY1时,Redis会检查KEY1是否过期,如果过期则删除并不返回该值,这就是惰性删除策略。结合定期删除和惰性删除两种策略,就可以保证过期数据可以被删除。


2 内存淘汰

当内存不足时Redis会选择一些缓存元素进行删除,那么哪些元素会被删除?常见内存淘汰策略如下:

    no-enviction
    禁止驱逐数据,新写入操作会报错


    volatile-lru
    从已设置过期时间的数据集选择最近最少使用的数据淘汰


    volatile-ttl
    从已设置过期时间的数据集选择将要过期的数据淘汰


    volatile-random
    从已设置过期时间的数据集选择任意的数据淘汰


    allkeys-lru
    从数据集选择最近最少使用的数据淘汰


    allkeys-random
    从数据集选择任意的数据淘汰
    复制

    LRU(Least Recently Used)最近最少使用是比较常用的策略,我们使用JAVA代码实现一个简单LRU策略,代码原理并不复杂:使用一个链表存储元素,表头存储最近访问的元素,这样存储的结果是表尾存储最早访问的元素,表头存储最近访问的元素,当超出链表容量时删除表尾元素即可。

      /**
      * 元素对象
      *
       * @author 微信公众号「IT徐胖子」
      *
      */
      public class CacheElement {
      private String key;
      private Object value;


      public CacheElement(String key, Object value) {
      this.key = key;
      this.value = value;
      }


      public String getKey() {
      return key;
      }


      public Object getValue() {
      return value;
      }


      @Override
      public String toString() {
      return "Element [key=" + key + ", value=" + value + "]";
      }
      }


      /**
      * LRU缓存策略
      *
       * @author 微信公众号「IT徐胖子」
      *
      */
      public class LRUCache {
      private int capacity;
      private LinkedList<CacheElement> cache;


      public LRUCache(int capacity) {
      this.capacity = capacity;
      this.cache = new LinkedList<>();
      }


      /**
      * 获取缓存元素
      *
      * 找到元素后将元素从原位置删除并插入到链表头部(最近)
      */
      public CacheElement get(String key) {
      Iterator<CacheElement> iterator = cache.iterator();
      while (iterator.hasNext()) {
      CacheElement element = iterator.next();
      if (element.getKey().equals(key)) {
      iterator.remove();
      System.out.println("获取到元素=" + element);
      put(element.getKey(), element.getValue());
      return element;
      }
      }
      return null;
      }


      /**
      * 存储缓存元素
      *
      * 新元素插入到链表头部(最近)
      */
      public boolean put(String key, Object value) {
      Iterator<CacheElement> iterator = cache.iterator();
      while (iterator.hasNext()) {
      CacheElement element = iterator.next();
      if (element.getKey().equals(key)) {
      iterator.remove();
      break;
      }
      }
      if (capacity == cache.size()) {
      CacheElement deleteElement = cache.removeLast();
      System.out.println("容量已满删除尾部元素=" + deleteElement);
      }
      CacheElement element = new CacheElement(key, value);
      cache.addFirst(element);
      System.out.println("插入头部元素=" + element);
      return Boolean.TRUE;
      }


      @Override
      public String toString() {
      return "LRUCache [capacity=" + capacity + ", cache=" + cache + "]";
      }
      }


      /**
      * LRU测试实例
      *
      * @author 微信公众号「IT徐胖子」
      *
      */
      public class TestCache {
      public static void main(String[] args) {
      System.out.println("==================存储缓存元素==================");
      LRUCache cache = new LRUCache(2);
      CacheElement element0 = new CacheElement("k0", "v0");
      CacheElement element1 = new CacheElement("k1", "v1");
      CacheElement element2 = new CacheElement("k2", "v2");
      cache.put(element0.getKey(), element0.getValue());
      cache.put(element1.getKey(), element1.getValue());
      cache.put(element2.getKey(), element2.getValue());


      System.out.println("==================获取缓存元素==================");
      System.out.println("获取元素之前缓存对象=" + cache);
      cache.get("k1");
      System.out.println("获取元素之后缓存对象=" + cache);
      }
      }


      ==================存储缓存元素==================
      插入头部元素=Element [key=k0, value=v0]
      插入头部元素=Element [key=k1, value=v1]
      容量已满删除尾部元素=Element [key=k0, value=v0]
      插入头部元素=Element [key=k2, value=v2]


      ==================获取缓存元素==================
      获取元素之前缓存对象=LRUCache [capacity=2, cache=[Element [key=k2, value=v2], Element [key=k1, value=v1]]]
      获取到元素=Element [key=k1, value=v1]
      插入头部元素=Element [key=k1, value=v1]
      获取元素之后缓存对象=LRUCache [capacity=2, cache=[Element [key=k1, value=v1], Element [key=k2, value=v2]]]
      复制



      3 文章总结

      本文分析了Redis缓存失效策略:删除过期数据和内存淘汰,并且使用JAVA代码模拟了LRU策略实现。

      这里我们可以做一个展开:Redis分布式锁是否可靠。因为Redis存在内存淘汰机制,那么作为分布式锁的KEY概率上会被淘汰,从而导致分布式锁失效。所以仅仅有分布式锁是不够的,我们还需要其它方法,例如设置数据库层唯一索引,防止重复数据产生。


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