目录
一、简介
二、Redis通信协议
基于Socket自定义Redis的客户端
三、Redis内存回收
1. 过期key处理
1.1. 惰性删除
1.2. 周期删除
1.3. 知识小结
2. 内存淘汰策略
一、简介
Redis是一个CS架构的软件，通信一般分两步（不包括pipeline和PubSub）：
客户端（client）向服务端（server）发送一条命令
服务端解析并执行命令，返回响应结果给客户端
因此客户端发送命令的格式、服务端响应结果的格式必须有一个规范，这个规范就是通信协议。
而在Redis中采用的是RESP（Redis Serialization Protocol）协议：
- Redis 1.2版本引入了RESP协议
- Redis 2.0版本中成为与Redis服务端通信的标准，称为RESP2
- Redis 6.0版本中，从RESP2升级到了RESP3协议，增加了更多数据类型并且支持6.0的新特性--客户端缓存
- 但目前，默认使用的依然是RESP2协议，也是我们要学习的协议版本（以下简称RESP）。
在RESP中，通过首字节的字符来区分不同数据类型，常用的数据类型包括5种：
- 单行字符串：首字节是 ‘+’ ，后面跟上单行字符串，以CRLF（ "\r\n" ）结尾。
例如返回"OK"： "+OK\r\n"
- 错误（Errors）：首字节是 ‘-’ ，与单行字符串格式一样，只是字符串是异常信息，例如："-Error
message\r\n"
- 数值：首字节是 ‘:’ ，后面跟上数字格式的字符串，以CRLF结尾。例如：":10\r\n"
- 多行字符串：首字节是 ‘$’ ，表示二进制安全的字符串，最大支持512MB：
如果大小为0，则代表空字符串："$0\r\n\r\n"
如果大小为-1，则代表不存在："$-1\r\n"
- 数组：首字节是 ‘*’，后面跟上数组元素个数，再跟上元素，元素数据类型不限:
二、Redis通信协议
基于Socket自定义Redis的客户端
Redis支持TCP通信，因此我们可以使用Socket来模拟客户端，与Redis服务端建立连接：
public class Main {static Socket s;static PrintWriter writer;static BufferedReader reader;public static void main(String[] args) {try {// 1.建立连接String host = "192.168.150.101";int port = 6379;s = new Socket(host, port);// 2.获取输出流、输入流writer = new PrintWriter(new OutputStreamWriter(s.getOutputStream(), StandardCharsets.UTF_8));reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(s.getInputStream(), StandardCharsets.UTF_8));// 3.发出请求// 3.1.获取授权 auth 123321sendRequest("auth", "123321");Object obj = handleResponse();System.out.println("obj = " + obj);// 3.2.set name 虎哥sendRequest("set", "name", "虎哥");// 4.解析响应obj = handleResponse();System.out.println("obj = " + obj);// 3.2.set name 虎哥sendRequest("get", "name");// 4.解析响应obj = handleResponse();System.out.println("obj = " + obj);// 3.2.set name 虎哥sendRequest("mget", "name", "num", "msg");// 4.解析响应obj = handleResponse();System.out.println("obj = " + obj);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} finally {// 5.释放连接try {if (reader != null) reader.close();if (writer != null) writer.close();if (s != null) s.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}}private static Object handleResponse() throws IOException {// 读取首字节int prefix = reader.read();// 判断数据类型标示switch (prefix) {case '+': // 单行字符串，直接读一行return reader.readLine();case '-': // 异常，也读一行throw new RuntimeException(reader.readLine());case ':': // 数字return Long.parseLong(reader.readLine());case '$': // 多行字符串// 先读长度int len = Integer.parseInt(reader.readLine());if (len == -1) {return null;}if (len == 0) {return "";}// 再读数据,读len个字节。我们假设没有特殊字符，所以读一行（简化）return reader.readLine();case '*':return readBulkString();default:throw new RuntimeException("错误的数据格式！");}}private static Object readBulkString() throws IOException {// 获取数组大小int len = Integer.parseInt(reader.readLine());if (len <= 0) {return null;}// 定义集合，接收多个元素List<Object> list = new ArrayList<>(len);// 遍历，依次读取每个元素for (int i = 0; i < len; i++) {list.add(handleResponse());}return list;}// set name 虎哥private static void sendRequest(String ... args) {writer.println("*" + args.length);for (String arg : args) {writer.println("$" + arg.getBytes(StandardCharsets.UTF_8).length);writer.println(arg);}writer.flush();}
}
三、Redis内存回收
1. 过期key处理
Redis之所以性能强，最主要的原因就是基于内存存储。
然而单节点的Redis其内存大小不宜过大，会影响持久化或主从同步性能。
我们可以通过修改配置文件来设置Redis的最大内存：
当内存使用达到上限时，就无法存储更多数据了。为了解决这个问题，Redis提供了一些策略实现内存回收：
内存过期策略
在学习Redis缓存的时候我们说过，可以通过expire命令给Redis的key设置TTL（存活时间）：
可以发现，当key的TTL到期以后，再次访问name返回的是nil，说明这个key已经不存在了，对应的内存也得到释
放。从而起到内存回收的目的。
Redis本身是一个典型的key-value内存存储数据库，因此所有的key、value都保存在之前学习过的Dict结构中。
不过在其database结构体中，有两个Dict：一个用来记录key-value；另一个用来记录key-TTL。
这里有两个问题需要我们思考：
Redis是如何知道一个key是否过期呢？
利用两个Dict分别记录key-value对及key-ttl对
是不是TTL到期就立即删除了呢？
1.1. 惰性删除
惰性删除：顾明思议并不是在TTL到期后就立刻删除，而是在访问一个key的时候，检查该key的存活时间，如果已
经过期才执行删除。
1.2. 周期删除
周期删除：顾明思议是通过一个定时任务，周期性的抽样部分过期的key，然后执行删除。
执行周期有两种：
Redis服务初始化函数initServer()中设置定时任务，按照server.hz的频率来执行过期key清理，模式为SLOW
Redis的每个事件循环前会调用beforeSleep()函数，执行过期key清理，模式为FAST
SLOW模式规则：
- 执行频率受server.hz影响，默认为10，即每秒执行10次，每个执行周期100ms。
- 执行清理耗时不超过一次执行周期的25%.默认slow模式耗时不超过25ms
- 逐个遍历db，逐个遍历db中的bucket，抽取20个key判断是否过期
- 如果没达到时间上限（25ms）并且过期key比例大于10%，再进行一次抽样，否则结束
- FAST模式规则（过期key比例小于10%不执行 ）：
- 执行频率受beforeSleep()调用频率影响，但两次FAST模式间隔不低于2ms
- 执行清理耗时不超过1ms
- 逐个遍历db，逐个遍历db中的bucket，抽取20个key判断是否过期
如果没达到时间上限（1ms）并且过期key比例大于10%，再进行一次抽样，否则结束
1.3. 知识小结
RedisKey的TTL记录方式：
在RedisDB中通过一个Dict记录每个Key的TTL时间
过期key的删除策略：
惰性清理：每次查找key时判断是否过期，如果过期则删除
定期清理：定期抽样部分key，判断是否过期，如果过期则删除。
定期清理的两种模式：
SLOW模式执行频率默认为10，每次不超过25ms
FAST模式执行频率不固定，但两次间隔不低于2ms，每次耗时不超过1ms
2. 内存淘汰策略
内存淘汰：就是当Redis内存使用达到设置的上限时，主动挑选部分key删除以释放更多内存的流程。
Redis会在处理客户端命令的方法processCommand()中尝试做内存淘汰：
淘汰策略
Redis支持8种不同策略来选择要删除的key：
- noeviction： 不淘汰任何key，但是内存满时不允许写入新数据，默认就是这种策略。
- volatile-ttl： 对设置了TTL的key，比较key的剩余TTL值，TTL越小越先被淘汰
- allkeys-random：对全体key ，随机进行淘汰。也就是直接从db->dict中随机挑选
- volatile-random：对设置了TTL的key ，随机进行淘汰。也就是从db->expires中随机挑选。
- allkeys-lru： 对全体key，基于LRU算法进行淘汰
- volatile-lru： 对设置了TTL的key，基于LRU算法进行淘汰
- allkeys-lfu： 对全体key，基于LFU算法进行淘汰
- volatile-lfu： 对设置了TTL的key，基于LFI算法进行淘汰
比较容易混淆的有两个：
-
- LRU（Least Recently Used），最少最近使用。用当前时间减去最后一次访问时间，这个值越大则淘汰
优先级越高。
-
- LFU（Least Frequently Used），最少频率使用。会统计每个key的访问频率，值越小淘汰优先级越高。
Redis的数据都会被封装为RedisObject结构：
LFU的访问次数之所以叫做逻辑访问次数，是因为并不是每次key被访问都计数，而是通过运算：
- 生成0~1之间的随机数R
- 计算 (旧次数 * lfu_log_factor + 1)，记录为P
- 如果 R < P ，则计数器 + 1，且最大不超过255
- 访问次数会随时间衰减，距离上一次访问时间每隔 lfu_decay_time 分钟，计数器 -1
最后用一副图来描述当前的这个流程吧
