展开菜单
首页 精品内容 本月促销 装机必备 Windows PDF教程 macOS软件 IOS软件 Android AI 专题
全部分类

当前位置:

首页 > 编程开发 > Redis如何实现LRU缓存淘汰算法

Redis如何实现LRU缓存淘汰算法

Redis Assistant
Redis Assistant

Redis Assistant 是一款为Redis设计的高效可视化管理与监控工具,提供多种操作模式,高效处理服务器数据。日常使用里的持续防护和信息管理会更突出,适合把安全控制放进长期使用流程中的场景。

¥19
Windows/macOS/Linux 2026-08-22
正版软件 Windows macOS软件 Linux 数据库管理工具
立即下载

1标准LRU的实现原理LRU,最近最少使用(LeastRecentlyUsed,LRU),经典缓存算法。LRU会使用一个链表维护缓存中每个数据的访问情况,并根据数据的实时访问,调整数据在链表中的位置,然后通过数据在链表中的位置,表示数据是最近刚访问的,还是已有段时间未访问。LRU会把链头、尾分别设为MRU端和LRU端:MRU,MostRecentlyUsed缩写,表示此处数据刚被访问LRU端,此处数据最近最少被访问的数据LRU可分成如下情况:case1:当有新数据插入,LRU会把该数据插入到链首,同时把原

1 标准LRU的实现原理

LRU,最近最少使用(Least Recently Used,LRU),经典缓存算法。

LRU会使用一个链表维护缓存中每个数据的访问情况,并根据数据的实时访问,调整数据在链表中的位置,然后通过数据在链表中的位置,表示数据是最近刚访问的,还是已有段时间未访问。

LRU会把链头、尾分别设为MRU端和LRU端:

  • MRU,Most Recently Used 缩写,表示此处数据刚被访问

  • LRU端,此处数据最近最少被访问的数据

LRU可分成如下情况:

  • case1:当有新数据插入,LRU会把该数据插入到链首,同时把原来链表头部的数据及其之后的数据,都向尾部移动一位

  • case2:当有数据刚被访问一次后,LRU会把该数据从它在链表中当前位置,移动到链首。把从链表头部到它当前位置的其他数据,都向尾部移动一位

  • case3:当链表长度无法再容纳更多数据,再有新数据插入,LRU去除链表尾部的数据,这也相当于将数据从缓存中淘汰掉

case2图解:链表长度为5,从链表头部到尾部保存的数据分别是5,33,9,10,8。假设数据9被访问一次,则9就会被移动到链表头部,同时,数据5和33都要向链表尾部移动一位。

Redis如何实现LRU缓存淘汰算法

所以若严格按LRU实现,假设Redis保存的数据较多,还要在代码中实现:

  • 为Redis使用最大内存时,可容纳的所有数据维护一个链表

    需额外内存空间来保存链表

  • 每当有新数据插入或现有数据被再次访问,需执行多次链表操作

    在访问数据的过程中,让Redis受到数据移动和链表操作的开销影响

最终导致降低Redis访问性能。

所以,无论是为节省内存 or 保持Redis高性能,Redis并未严格按LRU基本原理实现,而是提供了一个近似LRU算法实现。

2 Redis的近似LRU算法实现

Redis的内存淘汰机制是如何启用近似LRU算法的?redis.conf中的如下配置参数:

  • maxmemory,设定Redis server可使用的最大内存容量,一旦server使用实际内存量超出该阈值,server会根据maxmemory-policy配置策略,执行内存淘汰操作

  • maxmemory-policy,设定Redis server内存淘汰策略,包括近似LRU、LFU、按TTL值淘汰和随机淘汰等

Redis如何实现LRU缓存淘汰算法

所以,一旦设定maxmemory选项,且将maxmemory-policy配为allkeys-lru或volatile-lru,近似LRU就被启用。allkeys-lru和volatile-lru都会使用近似LRU淘汰数据,区别在于:

  • allkeys-lru是在所有的KV对中筛选将被淘汰的数据

  • volatile-lru在设置了TTL的KV对中筛选将被淘汰数据

Redis如何实现近似LRU算法的呢?

  • 全局LRU时钟值的计算

    如何计算全局LRU时钟值的,以用来判断数据访问的时效性

  • 键值对LRU时钟值的初始化与更新

    哪些函数中对每个键值对对应的LRU时钟值,进行初始化与更新

  • 近似LRU算法的实际执行

    如何执行近似LRU算法,即何时触发数据淘汰,以及实际淘汰的机制实现

2.1 全局LRU时钟值的计算

近似LRU算法仍需区分不同数据的访问时效性,即Redis需知道数据的最近一次访问时间。因此,有了LRU时钟:记录数据每次访问的时间戳。

Redis对每个KV对中的V,会使用个redisObject结构体保存指向V的指针。那redisObject除记录值的指针,还会使用24 bits保存LRU时钟信息,对应的是lru成员变量。这样,每个KV对都会把它最近一次被访问的时间戳,记录在lru变量。

redisObject定义包含lru成员变量的定义:

Redis如何实现LRU缓存淘汰算法

每个KV对的LRU时钟值是如何计算的?Redis Server使用一个实例级别的全局LRU时钟,每个KV对的LRU time会根据全局LRU时钟进行设置。

这全局LRU时钟保存在Redis全局变量server的成员变量lruclock

Redis如何实现LRU缓存淘汰算法

当Redis Server启动后,调用initServerConfig初始化各项参数时,会调用getLRUClock设置lruclock的值:

Redis如何实现LRU缓存淘汰算法

于是,就得注意,**若一个数据前后两次访问的时间间隔<1s,那这两次访问的时间戳就是一样的!**因为LRU时钟精度就是1s,它无法区分间隔小于1秒的不同时间戳!

getLRUClock函数将获得的UNIX时间戳,除以LRU_CLOCK_RESOLUTION后,就得到了以LRU时钟精度来计算的UNIX时间戳,也就是当前的LRU时钟值。

getLRUClock会把LRU时钟值和宏定义LRU_CLOCK_MAX(LRU时钟能表示的最大值)做与运算。

Redis如何实现LRU缓存淘汰算法

所以默认情况下,全局LRU时钟值是以1s为精度计算得UNIX时间戳,且是在initServerConfig中进行的初始化。

那Redis Server运行过程中,全局LRU时钟值是如何更新的?和Redis Server在事件驱动框架中,定期运行的时间事件所对应的serverCron有关。

serverCron作为时间事件的回调函数,本身会周期性执行,其频率值由redis.conf的hz配置项决定,默认值10,即serverCron函数会每100ms(1s/10 = 100ms)运行一次。serverCron中,全局LRU时钟值就会按该函数执行频率,定期调用getLRUClock进行更新:

Redis如何实现LRU缓存淘汰算法

这样,每个KV对就能从全局LRU时钟获取最新访问时间戳。

对于每个KV对,它对应的redisObject.lru在哪些函数进行初始化和更新的呢?

2.2 键值对LRU时钟值的初始化与更新

对于一个KV对,其LRU时钟值最初是在这KV对被创建时,进行初始化设置的,这初始化操作在createObject函数中调用,当Redis要创建一个KV对,就会调用该函数。

createObject除了会给redisObject分配内存空间,还会根据maxmemory_policy配置,初始化设置redisObject.lru。

  • 若maxmemory_policy=LFU,则lru变量值会被初始化设置为LFU算法的计算值

  • maxmemory_policy≠LFU,则createObject调用LRU_CLOCK设置lru值,即KV对对应的LRU时钟值。

LRU_CLOCK返回当前全局LRU时钟值。因为一个KV对一旦被创建,就相当于有了次访问,其对应LRU时钟值就表示了它的访问时间戳:

Redis如何实现LRU缓存淘汰算法

那一个KV对的LRU时钟值又是何时再被更新?

只要一个KV对被访问,其LRU时钟值就会被更新!而当一个KV对被访问时,访问操作最终都会调用lookupKey。

lookupKey会从全局哈希表中查找要访问的KV对。若该KV对存在,则lookupKey会根据maxmemory_policy的配置值,来更新键值对的LRU时钟值,也就是它的访问时间戳。

而当maxmemory_policy没有配置为LFU策略时,lookupKey函数就会调用LRU_CLOCK函数,来获取当前的全局LRU时钟值,并将其赋值给键值对的redisObject结构体中的lru变量

Redis如何实现LRU缓存淘汰算法

这样,每个KV对一旦被访问,就能获得最新的访问时间戳。但你可能好奇:这些访问时间戳最终是如何被用于近似LRU算法进行数据淘汰的?

2.3 近似LRU算法的实际执行

Redis之所以实现近似LRU,是为减少内存资源和操作时间上的开销。

2.3.1 何时触发算法执行?

近似LRU主要逻辑在performEvictions。

performEvictions被evictionTimeProc调用,而evictionTimeProc函数又是被processCommand调用。

processCommand,Redis处理每个命令时都会调用:

Redis如何实现LRU缓存淘汰算法然后,isSafeToPerformEvictions还会再次根据如下条件判断是否继续执行performEvictions:

Redis如何实现LRU缓存淘汰算法

Redis如何实现LRU缓存淘汰算法

一旦performEvictions被调用,且maxmemory-policy被设置为allkeys-lru或volatile-lru,近似LRU就被触发执行了。

2.3.2 近似LRU具体执行过程

执行可分成如下步骤:

2.3.2.1 判断当前内存使用情况

调用getMaxmemoryState评估当前内存使用情况,判断当前Redis Server使用内存容量是否超过maxmemory配置值。

若未超过maxmemory,则返回C_OK,performEvictions也会直接返回。

Redis如何实现LRU缓存淘汰算法

getMaxmemoryState评估当前内存使用情况的时候,若发现已用内存超出maxmemory,会计算需释放的内存量。这个释放内存大小=已使用内存量-maxmemory。

但已使用内存量并不包括用于主从复制的复制缓冲区大小,这是getMaxmemoryState通过调用freeMemoryGetNotCountedMemory计算的。

Redis如何实现LRU缓存淘汰算法

而若当前Server使用的内存量超出maxmemory上限,则performEvictions会执行while循环淘汰数据释放内存。

为淘汰数据,Redis定义数组EvictionPoolLRU,保存待淘汰的候选KV对,元素类型是evictionPoolEntry结构体,保存了待淘汰KV对的空闲时间idle、对应K等信息:

Redis如何实现LRU缓存淘汰算法

Redis如何实现LRU缓存淘汰算法

这样,Redis Server在执行initSever进行初始化时,会调用evictionPoolAlloc为EvictionPoolLRU数组分配内存空间,该数组大小由EVPOOL_SIZE决定,默认可保存16个待淘汰的候选KV对。

performEvictions在淘汰数据的循环流程中,就会更新这个待淘汰的候选KV对集合,即EvictionPoolLRU数组。

2.3.2.2 更新待淘汰的候选KV对集合

performEvictions调用evictionPoolPopulate,其会先调用dictGetSomeKeys,从待采样哈希表随机获取一定数量K:

  1. dictGetSomeKeys采样的哈希表,由maxmemory_policy配置项决定:

    • 若maxmemory_policy=allkeys_lru,则待采样哈希表是Redis Server的全局哈希表,即在所有KV对中采样

    • 否则,待采样哈希表就是保存着设置了TTL的K的哈希表。

Redis如何实现LRU缓存淘汰算法

  1. dictGetSomeKeys采样的K的数量由配置项maxmemory-samples决定,默认5:

Redis如何实现LRU缓存淘汰算法

于是,dictGetSomeKeys返回采样的KV对集合。evictionPoolPopulate根据实际采样到的KV对数量count,执行循环:调用estimateObjectIdleTime计算在采样集合中的每一个KV对的空闲时间:

Redis如何实现LRU缓存淘汰算法

接着,evictionPoolPopulate遍历待淘汰的候选KV对集合,即EvictionPoolLRU数组,尝试把采样的每个KV对插入EvictionPoolLRU数组,取决于如下条件之一:

  1. 能在数组中找到一个尚未插入KV对的空位

  2. 能在数组中找到一个KV对的空闲时间<采样KV对的空闲时间

有一成立,evictionPoolPopulate就能把采样KV对插入EvictionPoolLRU数组。等所有采样键值对都处理完后,evictionPoolPopulate函数就完成对待淘汰候选键值对集合的更新了。

接下来,performEvictions开始选择最终被淘汰的KV对。

2.3.2.3 选择被淘汰的KV对并删除

因evictionPoolPopulate已更新EvictionPoolLRU数组,且该数组里的K,是按空闲时间从小到大排好序了。所以,performEvictions遍历一次EvictionPoolLRU数组,从数组的最后一个K开始选择,若选到的K非空,就把它作为最终淘汰的K。

该过程执行逻辑:

Redis如何实现LRU缓存淘汰算法

一旦选到被淘汰的K,performEvictions就会根据Redis server的惰性删除配置,执行同步删除或异步删除:

Redis如何实现LRU缓存淘汰算法

至此,performEvictions就淘汰了一个K。若此时释放的内存空间还不够,即没有达到待释放空间,则performEvictions还会重复执行前面所说的更新待淘汰候选KV对集合、选择最终淘汰K的过程,直到满足待释放空间的大小要求。

performEvictions流程:

Redis如何实现LRU缓存淘汰算法

近似LRU算法并未使用耗时且耗空间的链表,而使用固定大小的待淘汰数据集合,每次随机选择一些K加入待淘汰数据集合。

最后,按待淘汰集合中K的空闲时间长度,删除空闲时间最长的K。

总结

根据LRU算法的基本原理,发现若严格按基本原理实现LRU算法,则开发的系统就需要额外内存空间保存LRU链表,系统运行时也会受到LRU链表操作的开销影响。

而Redis的内存资源和性能都很重要,所以Redis实现近似LRU算法:

  • 首先是设置了全局LRU时钟,并在KV对创建时获取全局LRU时钟值作为访问时间戳,及在每次访问时获取全局LRU时钟值,更新访问时间戳

  • 然后,当Redis每处理一个命令,都调用performEvictions判断是否需释放内存。若已使用内存超出maxmemory,则随机选择一些KV对,组成待淘汰候选集合,并根据它们的访问时间戳,选出最旧数据淘汰

一个算法的基本原理和算法的实际执行,在系统开发中会有一定折中,需综合考虑所开发的系统,在资源和性能方面的要求,以避免严格按照算法实现带来的资源和性能开销。

本站声明:本文内容由网友自发贡献,版权归原作者所有,本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容,请联系bd@zhengruan.com
作者最新文章
编程开发
相关文章 更多
精品专题 更多
装机必备

正软商城装机必备专区,精选办公、浏览器、安全防护、影音播放、压缩解压、设计创作和系统工具等电脑常用正版软件,帮助用户快速完成新电脑软件配置。

Windows

正软商城Windows软件专区,汇集适用于Windows电脑的办公、设计、安全防护、影音播放、开发工具和系统优化软件,提供软件介绍、系统要求、正版授权及购买下载服务。

PDF教程

正软商城PDF教程频道提供PDF编辑、转换、合并、拆分、压缩及格式处理方法,同时介绍常用PDF软件和工具的使用技巧。

macOS软件

正软商城macOS软件专区,精选适用于Mac电脑的办公、设计、影音、效率、开发和系统工具,提供软件功能介绍、macOS兼容版本、正版授权及购买下载服务。

IOS软件

正软商城iOS软件专区,精选适用于iPhone和iPad的办公、学习、影音、设计、效率及AI应用,提供功能介绍、适用设备、系统要求和正版获取方式等信息。

AI

正软商城AI软件专区,汇集AI写作、AI绘画、AI视频、AI办公、AI编程、AI翻译、智能客服和数据分析等人工智能工具,提供功能介绍、适用平台、收费方式及正版购买信息。

Mac软件 更多
WPS Office macOS版
WPS Office macOS版

WPS Office是一款面向macOS用户的综合办公套件,将文字处理、电子表格、演示文稿、PDF工具、模板与云协作整合在同一应用中。它兼容常见Microsoft Office格式,支持Intel及Apple芯片Mac,基础功能可免费使用,

Shapr3D macOS版
Shapr3D macOS版

Shapr3D是一款面向工业设计、机械工程、建筑概念和三维打印工作流的CAD软件。Mac版采用Parasolid建模内核,支持草图约束、实体建模、工程图、可视化渲染及常见CAD格式交换,并可通过账户在多台设备之间同步项目。

REAPER macOS版
REAPER macOS版

REAPER是Cockos开发的数字音频工作站,提供多轨音频与MIDI录制、剪辑、处理、混音和母带制作工具。Mac版兼容Intel与Apple芯片,支持AU、VST、VST3、CLAP等插件格式,并提供高度可定制的工作流程。

Ableton Live macOS版
Ableton Live macOS版

Ableton Live 是面向音乐制作人与现场表演者的数字音频工作站,提供编曲视图、独具特色的现场视图、音频录制、MIDI创作、实时变速、乐器及效果器。Mac版原生支持Apple芯片,并可连接音频接口、MIDI控制器和第三方插件。

Adobe After Effects macOS版
Adobe After Effects macOS版

Adobe After Effects 是面向动态图形、影视特效与视频合成的专业创作软件。它提供关键帧动画、遮罩抠像、运动跟踪、三维空间、文字动画和表达式等工具,并可与 Premiere Pro、Photoshop、Illustrator

Adobe Audition macOS版
Adobe Audition macOS版

Adobe Audition 是面向播客、影视后期、音乐制作及内容创作者的专业音频工作站,提供波形精修、多轨录制与混音、频谱编辑、降噪修复、响度匹配和效果处理工具,并可与 Adobe Premiere 协同完成视频声音制作。

Adobe Bridge macOS版
Adobe Bridge macOS版

Adobe Bridge 是面向摄影师、设计师及内容团队的免费数字资产管理工具,可集中预览照片、视频和 Adobe 项目文件,并利用评级、标签、关键词、元数据、筛选与收藏集完成分类检索。它还支持批量重命名、格式导出、相机导入及 Camera

Adobe Illustrator macOS版
Adobe Illustrator macOS版

Adobe Illustrator 是 Adobe 推出的专业矢量图形设计软件,适合在 Mac 上制作标志、图标、插画、包装、信息图及印刷版面。它以路径和锚点构建可无损缩放的图形,并提供钢笔、形状、文字、图像描摹、渐变、画板及生成式功能。

Adobe InDesign macOS版
Adobe InDesign macOS版

Adobe InDesign 是面向印刷品与数字出版物的专业版面设计软件,可在 Mac 上制作书籍、杂志、宣传册、海报、报告及交互式文档。它提供精细的文字样式、网格、母版、长文档管理和印前输出能力。

Adobe Lightroom Classic macOS版
Adobe Lightroom Classic macOS版

Adobe Lightroom Classic 是面向桌面摄影工作流的照片管理与后期处理软件,可将原始照片保存在本地硬盘,通过目录、关键词、评分和收藏夹高效整理图库,并提供 RAW 冲印、蒙版、镜头校正、批量同步及多格式导出等功能。

Adobe Media Encoder macOS版
Adobe Media Encoder macOS版

Adobe Media Encoder 是 Adobe 推出的专业音视频编码与转码工具,可通过队列、预设和监视文件夹批量完成格式转换、代理文件创建及多平台成片输出,并与 Premiere Pro、After Effects 等软件紧密协作。

Adobe Photoshop macOS版
Adobe Photoshop macOS版

Adobe Photoshop 是面向摄影师、设计师和内容创作者的专业图像处理软件,提供图层、蒙版、选区、修复、调色、文字排版、智能对象及生成式编辑等能力。Mac 版支持 Intel 与 Apple Silicon 处理器。

WINDOWS 更多
Adobe Photoshop Windows版
Adobe Photoshop Windows版

Adobe Photoshop 是面向摄影师、设计师和内容创作者的专业图像处理工具,可在 Windows 上完成照片修饰、选区抠图、图层合成、文字排版、绘画及生成式编辑。软件采用订阅授权,由 Creative Cloud 管理安装、更新与许

Adobe InDesign Windows版
Adobe InDesign Windows版

Adobe InDesign 是面向印刷与数字出版的专业页面排版工具,可制作书籍、杂志、宣传册、海报、交互式 PDF 和电子书。它提供精细的文字样式、多页面管理、印前检查及多格式输出能力,并能与 Photoshop、Illustrator

Adobe Illustrator Windows版
Adobe Illustrator Windows版

Adobe Illustrator 是用于绘制矢量图形、插画、图标、徽标和版式的专业设计工具。它以路径和锚点为核心,作品放大后仍能保持清晰,并提供画板、文字、渐变、图像描摹及精确变换等功能,适合品牌视觉、印刷物料、数字界面和商业插画创作。

Adobe Bridge Windows版
Adobe Bridge Windows版

Adobe Bridge 是 Adobe 推出的创意资产管理工具,可集中预览、分类和查找照片、视频、PDF及多种设计文件,并支持元数据、关键词、评级、批量重命名和格式导出。它可与 Photoshop、Illustrator 等应用衔接,

Affinity Photo Windows版
Affinity Photo Windows版

Affinity Photo 是一款面向摄影师、修图师和视觉设计人员的桌面图像编辑工具,提供 RAW 显影、多图层合成、蒙版、实时滤镜、批处理和色彩管理等功能。原独立产品已停止销售,其照片编辑能力已延续至免费的新 Affinity 应用;

Adobe Lightroom Classic Windows版
Adobe Lightroom Classic Windows版

Adobe Lightroom Classic 是面向 Windows 桌面摄影工作流的照片管理与无损编辑工具,可通过目录集中整理大型图库,并完成 RAW 显影、局部蒙版、批量调整、打印和多格式导出。它强调本地文件管理与精细控制,

Figma Windows版
Figma Windows版

Figma 是面向产品设计与开发团队的云端协作平台,可在 Windows 桌面客户端中完成界面绘制、组件管理、交互原型、评论评审和开发交付。文件保存在云端,多名成员能够同步编辑并共享设计系统;官方同时提供免费 Starter 方案及按席位计

Affinity Designer Windows版
Affinity Designer Windows版

Affinity Designer 是面向矢量图形、数字插画和界面设计的专业创作工具,可在矢量、像素与导出工作区之间快速切换。它提供曲线编辑、形状构建、画板、排版、图层和专业色彩管理,并支持常见设计文件的导入及多种印刷、网页格式输出。

Capture One Pro Windows版
Capture One Pro Windows版

Capture One Pro 是面向摄影师和影像团队的专业桌面照片处理工具,提供相机定制色彩配置、RAW转换、图层与蒙版、联机拍摄、目录及会话管理等功能。它适合棚拍、人像、商业产品、婚礼和风光摄影,

Adobe Acrobat Pro Windows版
Adobe Acrobat Pro Windows版

Adobe Acrobat Pro 是面向专业 PDF 工作的综合解决方案,可在 Windows 中创建、编辑、转换、比较、整理和保护文档,并支持表单、电子签名、扫描件文字识别及敏感信息永久遮盖。订阅还包含网页、移动服务和云端协作能力,

Adobe After Effects Windows版
Adobe After Effects Windows版

Adobe After Effects 是面向动态图形、动画与影视视觉特效制作的专业工具,可完成关键帧动画、图层合成、遮罩跟踪、抠像、文字动画和二维三维元素整合。Windows 版通过 Adobe Creative Cloud 安装及更新,

DaVinci Resolve Windows版
DaVinci Resolve Windows版

DaVinci Resolve是Blackmagic Design推出的一体化影视后期工具,将素材管理、非线性剪辑、专业调色、Fusion视觉特效、Fairlight音频处理和成片交付整合在统一工程中。免费版已覆盖多数个人创作需求,

即将离开本站
您即将前往第三方网站,请确认是否继续?