敗家玩意兒！Redis 竟然浪費(fèi)了這么多內(nèi)存！
作者|萊烏
作為內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，內(nèi)存空間大小對(duì)于 Redis 來說是至關(guān)重要的。內(nèi)存越多，意味著存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)也會(huì)越多。但是不知道你有沒有遇到過這樣的情況，明明空間很大，但是內(nèi)存的使用卻不是很理想。
為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的情況呢？這期我們就來看看這個(gè)"詭異"的事件。
坐好了，準(zhǔn)備發(fā)車！
- 思維導(dǎo)圖 -
首先想要知道 Redis 內(nèi)存的使用情況，我們就需要獲取相關(guān)的信息。
Redis 中查看內(nèi)存相關(guān)信息是很簡(jiǎn)單的，只需要在命令行輸入『info memory』就可以看到各種相關(guān)數(shù)據(jù)。在這里我羅列了一些較為重要的參數(shù)：
used_memory：已經(jīng)使用了的內(nèi)存大小。
used_memory_rss：redis 物理內(nèi)存的大小。
mem_fragmentation_ratio：內(nèi)存碎片率。
這里有一個(gè)內(nèi)存碎片率的名詞需要關(guān)注下，它可以用來表示當(dāng)前的內(nèi)存使用情況。
具體計(jì)算方式：
對(duì)于內(nèi)存碎片率，一般保持在 1~1.5 之間是最合理的。
了解了內(nèi)存碎片率，那什么是內(nèi)存碎片呢？
定義是這樣的：由于一塊連續(xù)空閑的空間比所要申請(qǐng)的空間小，導(dǎo)致這塊空間不可用，對(duì)于內(nèi)存整體來說就是內(nèi)存碎片。
舉個(gè)例子：
假設(shè)有一塊 100MB 的連續(xù)空閑內(nèi)存空間，你每次都會(huì)從中申請(qǐng)一塊 30MB 的內(nèi)存。那么當(dāng)你申請(qǐng)了 3 次后，這塊內(nèi)存就只剩下了 10MB 的空間，第 4 次申請(qǐng)的時(shí)候就會(huì)失敗。如果沒有其它的空間釋放并且每次申請(qǐng)的空間都比 10MB 大，那么剩下的空間對(duì)于整塊內(nèi)存來說就是內(nèi)存碎片。
Redis 中，最常用的是寫入、修改、刪除數(shù)據(jù)。這些操作在執(zhí)行后都會(huì)產(chǎn)生 一定程度的內(nèi)存碎片。
寫入數(shù)據(jù)
Redis 中分配內(nèi)存是根據(jù)固定的大小來劃分內(nèi)存空間的。為了減少分配次數(shù)，Redis 會(huì)根據(jù)申請(qǐng)的內(nèi)存最接近的固定值分配相應(yīng)大小的空間。
什么意思呢，假如 Redis 按照 8 字節(jié)、16 字節(jié)、32 字節(jié)、48 字節(jié)等來分配內(nèi)存。當(dāng)你想要存儲(chǔ)一個(gè) 18 字節(jié)的數(shù)據(jù)時(shí)，此時(shí) Redis 就會(huì)分配 32 字節(jié)（因?yàn)?32 是與 18 最接近的固定值）。如果這時(shí)候，再寫入的數(shù)據(jù)需要的內(nèi)存空間在 14 個(gè)字節(jié)內(nèi)，那 Redis 就無需再進(jìn)行分配了。
這就像你有不同的箱子，為了裝東西，你需要找一個(gè)體積最接近的箱子來裝。但是裝進(jìn)去后，你發(fā)現(xiàn)還有空間可以放一些小東西，就無需再找箱子了。
但是，這種分配空間的方式會(huì)帶來一定程度的內(nèi)存碎片。我們可以把固定大小的劃分空間看成不同體積的箱子，每種箱子里的空間不同程度上都會(huì)有剩余。這些剩余的空間就是內(nèi)存碎片。
修改數(shù)據(jù)
鍵值對(duì)進(jìn)行修改時(shí)，可能會(huì)變大也會(huì)變小，相應(yīng)的就會(huì)占用額外空間或者釋放不用的空間。
如圖中所示，當(dāng)前 A、B、C 分別占用了 3、2、4 個(gè)字節(jié)，將 A 從 3 字節(jié)修改為 2 字節(jié)時(shí)，此時(shí)就會(huì)有 1 個(gè)字節(jié)的空間空了出來，這時(shí)就會(huì)出現(xiàn) 1 個(gè)字節(jié)的碎片。
那如果我將數(shù)據(jù) A 從 3 字節(jié)修改為 4 字節(jié)呢？此時(shí)為了保持?jǐn)?shù)據(jù) A 的空間連續(xù)性，操作系統(tǒng)會(huì)把 B 拷貝到別的空間。此時(shí)又會(huì)出現(xiàn) 1 個(gè)字節(jié)的碎片。
刪除數(shù)據(jù)
理解了修改數(shù)據(jù)，刪除數(shù)據(jù)就很容易明白了。還是上邊的例子，此時(shí)刪除了數(shù)據(jù) B，那么就釋放了 2 個(gè)字節(jié)的空間。這樣對(duì)于整個(gè)內(nèi)存空間來說就產(chǎn)生了 2 個(gè)字節(jié)的碎片。
你可能會(huì)有疑問，內(nèi)存碎片會(huì)有什么危害呢？
我們還是以上邊的箱子來表示。你想想，如果你要把這些箱子都裝上車運(yùn)走，每個(gè)箱子里都有空出來的空間（內(nèi)存碎片），那么運(yùn)行一次的效率及性價(jià)比是不是會(huì)很低。同樣，在 Redis 中，由于大量的碎片存在，會(huì)導(dǎo)致實(shí)際利用率變低。
那么我們有沒有辦法來解決內(nèi)存碎片呢？
推倒重來
第一種方式很簡(jiǎn)單，直接推倒重來。也就是把 Redis 直接重啟完事兒，內(nèi)存一斷電全世界就清凈。但是這種暴力省事的方式卻有很多隱患。
生產(chǎn)環(huán)境中你這么搞的話得提前燒燒香，保佑不會(huì)出什么問題。如果你沒進(jìn)行過持久化，那么就別燒了，燒了也沒用。如果有持久化的話，那么恢復(fù)時(shí)長(zhǎng)還得取決你持久化文件的大小，在這個(gè)階段還無法提供服務(wù)。糟心不？
空間置換
那么有沒有不這么刺激的方式。
有的，高版本的 Redis 提供了內(nèi)存碎片清理的方式。一言以蔽之，就是空間置換。
怎么個(gè)置換法？我們的目的是為了消除內(nèi)存碎片，那么我們把已使用的內(nèi)存數(shù)據(jù)重新整理到一起不就行了嗎？讓不連續(xù)的空間變成連續(xù)的，剩下的空間，繼續(xù)來分配。
畫個(gè)圖理解下：
但是，說說還是挺容易的，理論到實(shí)踐中間還隔著性能損耗。
在進(jìn)行多次數(shù)據(jù)拷貝過程中，單線程的 Redis 只能干等著，無法響應(yīng)客戶端的請(qǐng)求。這時(shí)候只能干瞪眼，性能太受影響。
涼，那該咋整？！別急，有緩解的策略，你接著往下看。
Redis 中有專門的參數(shù)設(shè)置用來進(jìn)行自動(dòng)清理內(nèi)存碎片：activedefrag yes。
這個(gè)命令是啟動(dòng)清理功能的，這還不夠，Redis 中還需要其他的條件限制才能夠進(jìn)行清理。
下面參數(shù)都是滿足任一條件后就可以進(jìn)行清理：
active-defrag-ignore-bytes 100mb：
碎片達(dá)到100MB時(shí)，開啟清理。
active-defrag-threshold-lower 10：
當(dāng)碎片超過 10% 時(shí)，開啟清理。
active-defrag-threshold-upper 100：
內(nèi)存碎片超過 100%，盡最大清理。
在處理的過程中，為了避免對(duì)正常請(qǐng)求的影響，同時(shí)又能保證性能。Redis 同時(shí)還提供了監(jiān)控 CPU 占用比例的參數(shù)，在滿足以下條件時(shí)才會(huì)保證清理正常開展：
active-defrag-cycle-min 5：
active-defrag-cycle-max 75：
查看內(nèi)存使用情況
在命令行執(zhí)行 info memory 即可查看 Redis 內(nèi)存相關(guān)信息。根據(jù)內(nèi)存碎片率可以在一定時(shí)機(jī)內(nèi)進(jìn)行清理碎片清理。
內(nèi)存碎片導(dǎo)致原因
寫入數(shù)據(jù)時(shí)，Redis 為了減少分配次數(shù)在分配內(nèi)存是根據(jù)固定的大小來劃分內(nèi)存空間的。修改數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)釋放或占用額外的內(nèi)存空間，刪除數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)釋放空間。這樣就會(huì)產(chǎn)生不同程度的內(nèi)存碎片。
如何解決內(nèi)存碎片
通過重啟 Redis 的方式進(jìn)行處理，如果沒有持久化可能會(huì)導(dǎo)致事故。在持久化情況下，恢復(fù)速度需要取決于文件的大小。
通過空間置換方式，也就是將已使用的內(nèi)存數(shù)據(jù)重新整理到一起。
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