理解Redis的LRU算法源码实现

开启掘金成长之旅！这是我参与「掘金日新计划 · 2 月更文挑战」的第 10 天，点击查看活动详情

大家好，我是半夏之沫 😁😁 一名金融科技领域的JAVA系统研发😊😊
我希望将自己工作和学习中的经验以最朴实，最严谨的方式分享给大家，共同进步👉💓👈
👉👉👉👉👉👉👉👉💓写作不易，期待大家的关注和点赞💓👈👈👈👈👈👈👈👈
👉👉👉👉👉👉👉👉💓关注微信公众号【技术探界】 💓👈👈👈👈👈👈👈👈

---

前言

LRU（Least Recently Used） 算法其实就是将最近被访问距离当前最久的数据删除。

当Redis使用的内存将超过maxmemory时，Redis会根据maxmemory_policy淘汰策略来决定将哪些数据淘汰掉。使用到LRU算法的淘汰策略如下所示。

1. volatile-lru。对设置了过期时间的数据生效，使用LRU算法删除数据；
2. allkeys-lru。对所有数据生效，使用LRU算法删除数据。

本篇文章将对Redis 6.0.16版本中的LRU算法实现原理进行分析。

正文

一. 算法细节

server.h文件中有redisObject的定义，如下所示。

#define LRU_BITS 24

typedef struct redisObject {
    unsigned type:4;
    unsigned encoding:4;
    unsigned lru:LRU_BITS;
    int refcount;
    void *ptr;
} robj;

当某个key被使用时，都会把当前秒时间的后24bit赋值给key对应的redisObject的lru字段（后续简称为key的lru）。

所以计算一个key的空闲时间的方法就是将当前秒时间的后24bit减去key的lru，但是这样会引入一个问题，会出现当前秒时间的后24bit小于key的lru，所以计算一个key的空闲时间时需要先判断当前秒时间的后24bit和key的lru的大小关系，如果当前秒时间的后24bit小于key的lru，那么计算key的空闲时间的公式如下所示。

当前秒时间的后24bit + (24位最大值 - key的lru)

二. 源码分析

计算redisObject.lru的逻辑在evict.c文件的estimateObjectIdleTime() 方法中，如下所示。

unsigned long long estimateObjectIdleTime(robj *o) {
    // 获取当前秒时间的后24位
    unsigned long long lruclock = LRU_CLOCK();
    if (lruclock >= o->lru) {
	// 当前秒时间的后24位大于等于redisObject.lru时直接相减得到空闲时间
        return (lruclock - o->lru) * LRU_CLOCK_RESOLUTION;
    } else {
	// 否则需要当前秒时间的后24位 + (24bit最大值 - redisObject.lru)
        return (lruclock + (LRU_CLOCK_MAX - o->lru)) *
                    LRU_CLOCK_RESOLUTION;
    }
}

上面的estimateObjectIdleTime() 方法中会调用LRU_CLOCK() 方法获取当前秒时间的后24位，其实现如下。

#define LRU_CLOCK_RESOLUTION 1000

unsigned int LRU_CLOCK(void) {
    unsigned int lruclock;
    // 一旦定时器每次执行的间隔时间小于等于LRU_CLOCK_RESOLUTION
    // 则当前秒时间的后24位使用server.lruclock
    if (1000/server.hz <= LRU_CLOCK_RESOLUTION) {
        lruclock = server.lruclock;
    } else {
	// 否则真正获取一次当前系统的秒时间并取后24位
        lruclock = getLRUClock();
    }
    return lruclock;
}

上面的LRU_CLOCK_RESOLUTION是LRU算法中的时钟分辨率，定义在server.h文件中，默认为1000，单位是ms。

最后给出上面出现的获取系统的秒时间的后24位的getLRUClock() 方法的实现，如下所示。

unsigned int getLRUClock(void) {
    // 获取当前系统秒时间的后24位
    return (mstime()/LRU_CLOCK_RESOLUTION) & LRU_CLOCK_MAX;
}

三. 流程图

整体的LRU算法的一个流程图如下所示。

---

大家好，我是半夏之沫 😁😁 一名金融科技领域的JAVA系统研发😊😊
我希望将自己工作和学习中的经验以最朴实，最严谨的方式分享给大家，共同进步👉💓👈
👉👉👉👉👉👉👉👉💓写作不易，期待大家的关注和点赞💓👈👈👈👈👈👈👈👈
👉👉👉👉👉👉👉👉💓关注微信公众号【技术探界】 💓👈👈👈👈👈👈👈👈

开启掘金成长之旅！这是我参与「掘金日新计划 · 2 月更文挑战」的第 10 天，点击查看活动详情