Redis是當今很火爆的內存數據庫，我們的所有數據都存在了內存之中，因此我們的每次寫入、讀取都是從內存中進行操作，所以在帶來速度的同時，也從內存的使用上給我們帶來了挑戰。眾所周知，在硬件資源中內存價格是高于硬盤價格的，通過學習Redis的內存知識可以使我們在保護Redis數據庫的同時更高效的發揮出Redis的作用，進而管理內存，減少內存消耗和硬件成本。

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Redis作為內存數據庫，對于自身所使用的內存情況是有命令可以統計的，通過獲取到的相關信息可以了解Redis自身內存的使用現狀，進而有助于判斷內存使用健康度。Redis提供查看內存的指令為info memory。

在以上各項指標中需要重點關注的指標有：used_memory_rss和used_memory以及它們的比值mem_fragmentation_ratio。

當mem_fragmentation_ratio>1 時，說明used_memory_rss-used_memory多出的部分內存并沒有用于數據存儲，而是被內存碎片所消耗，這個值越大，表明內存碎片越多。

當mem_fragmentation_ratio<1 時，這種情況說明正在使用虛擬內存，也就是在使用主機的硬盤，由于硬盤性能是遠遠低于內存的，所以要小心因為性能問題導致整體Redis故障。根據日常使用的情況mem_fragmentation_ratio的數值在1 ~ 1.5之間是比較健康的。在出現內存碎片過多的問題怎么處理呢?最簡單暴力的辦法就是重啟，在Redis4.0版本之后支持在運行期進行自動內存碎片清理，主要通過設置config set activedefrag yes來進行實現，同時也提供了memory purge命令來手動進行內存碎片清理。

Redis默認是無限使用內存的，所以防止系統內存被耗盡，需要對Redis的內存上限進行設置，Redis使用maxmemory參數限制最大可用內存。通過前面的介紹我們可以得知maxmemory配置的是Redis實際使用的內存量，也就是used_memory統計項對應的內存。由于內存碎片率的存在，實際消耗的內存可能會比maxmemory設置的更大，實際使用時要小心這部分內存溢出。根據慣例一般會預留出20%的服務器空閑內存防止內存溢出通過。

Redis的內存上限可以通過config set maxmemory進行動態修改，即修改最大可用內存。通過動態修改maxmemory，可以實現在當前服務器下動態伸縮Redis內存的目的，考慮到現在在部署Redis時大多采用集群或哨兵模式，單臺主機上并非Redis單實例，因此建議針對所有的Redis進程都要配置maxmemory。

Redis針對內存使用情況提供內存回收策略供運維人員進行配置，主要用于刪除到達過期時間的鍵對象以及當Redis內存使用達到所設置的maxmemory上限時則執行內存回收策略。

Redis所有的鍵都可以設置過期屬性，在數據庫結構中的expires字典中保存了數據庫中所有鍵的過期時間，我們稱expire這個字典為過期字典。由于進程內保存大量的鍵，維護每個鍵精準的過期刪除機制會導致消耗大量的CPU，對于單線程的Redis來說成本過高，因此Redis采用惰性刪除和定時任務刪除機制實現過期鍵的內存回收。

惰性刪除：惰性刪除用于當客戶端讀取帶有超時屬性的鍵時，如果已經超過鍵設置的過期時間，會執行刪除操作并返回空，這種刪除策略對CPU是友好的，刪除操作只有在不得不的情況下才會進行，不會對其他的expire key上浪費無謂的CPU時間。但是這種策略對內存不友好，一個key已經過期，但是在它被操作之前不會被刪除，仍然占據內存空間。如果有大量的過期鍵存在但是又很少被訪問到，那會造成大量的內存空間浪費。因為可能存在一些key永遠不會被再次訪問到，這些設置了過期時間的key也是需要在過期后被刪除的，我們甚至可以將這種情況看作是一種內存泄露—-無用的垃圾數據占用了大量的內存，而服務器卻不會自己去釋放它們，這對于運行狀態非常依賴于內存的Redis服務器來說，肯定不是一個好消息。正因為如此，Redis還提供另一種定時任務刪除機制作為惰性刪除的補充。

定時任務刪除：Redis內部維護一個定時任務，默認每秒運行10次(通過配置server.hz控制)。Redis會周期性的隨機測試一批設置了過期時間的key并進行處理。測試到的已過期的key將被刪除。

當Redis所用內存達到maxmemory上限時會觸發相應的溢出控制策略。具體策略受maxmemory-policy參數控制，Redis支持6種策略，如下所示：

1)noeviction：默認策略，數據永不過期，不會刪除任何數據，當內存不足以容納新寫入數據時，新寫入操作會報錯，一般不推薦使用。

2)volatile-lru：根據LRU算法刪除設置了超時屬性(expire)的鍵，直到騰出足夠空間為止。如果沒有可刪除的鍵對象，回退到noeviction策略。這種情況一般是把 Redis 既當緩存，又做持久化存儲的時候才用。

3)allkeys-lru：根據LRU算法刪除鍵，不管數據有沒有設置超時屬性，直到騰出足夠空間為止。一般推薦使用該策略

4)allkeys-random：內存不足以容納新寫入數據時，在鍵空間中，隨機移除某個 Key。

5)volatile-random：當內存不足以容納新寫入數據時，在設置了過期時間的鍵空間中，隨機移除某個 Key。

6)volatile-ttl：當內存不足以容納新寫入數據時，在設置了過期時間的鍵空間中，有更早過期時間的 Key 優先移除。如果沒有，回退到noeviction策略。

內存溢出控制策略可以采用config set maxmemory-policy{policy}動態配置。我們上文已經介紹了Redis所支持的的內存溢出應對策略，運維人員可以根據實際需求靈活定制。

綜上所述，我們從Redis數據庫最關鍵特性—內存出發，詳細介紹了Redis的內存使用和內存管理，而這也是成為一名專業Redis運維人員的核心技能。大家通過本文能夠提升對Redis內存的認識，但要真正掌握則需要長時間的學習和使用，希望大家共同努力學習和進步。