Redis精通系列——LRU算法详述(Least Recently Used - 最近最少使用)

在计算机科学中，LRU是一种缓存置换算法，目的是减少数据访问的时间开销。LRU算法的核心是“如果数据最近被访问过，那么在将来被访问的可能性也较高”。

Redis作为一种内存数据库，其中的数据都保存在内存中，为了保证Redis的性能，Redis会根据数据的访问情况来决定是否保留数据。在Redis中，LRU算法被用于决定何时淘汰不常使用的键。

Redis的LRU算法实现主要在redis.c文件中的freeMemoryIfNeeded函数中，该函数会在执行命令之前被调用，以确保Redis的内存使用量不超过配置的最大内存量。

以下是Redis中实现LRU算法的核心函数部分：

/* 在需要的情况下释放内存 */
void freeMemoryIfNeeded(void) {
    /* 如果超出最大内存限制，则开始清除键 */
    while (server.maxmemory && zmalloc_used_memory() > server.maxmemory) {
        int samples = 5;
        int j, k;
        /* 在一定的样本数内，选择一个最近未被访问的键 */
        for (j = 0; j < samples; j++) {
            k = rand() % dbTotalSize;
            dictEntry *de = dictGetRandomKey(dbDict + k);
            redisDb *db = dbDict[k];
            robj *key = dictGetKey(de);
            robj *val = dictGetVal(de);
            time_t when = val->lru;
 
            /* 更新LRU时间 */
            val->lru = server.lruclock;
            /* 将键值对保存到一个临时的数据库中 */
            db->expires[k] = db->expires_cursor;
            db->expires_cursor = de;
            /* 将键值对从当前数据库移动到临时数据库 */
            dictAdd(db->dict, key, val);
            dictAdd(db->expires, key, val);
            dictUnlink(db->dict, key);
            dictUnlink(db->expires, key);
 
            /* 如果找到了一个最近未被访问的键，则释放其空间，并停止搜索 */
            if (server.maxmemory_policy & MAXMEMORY_FLAG_LRU) {
                freeObjFromDb(db, key, val);
            }
        }
    }
}

在这个函数中，Redis会随机选取一些键，检查它们的最后一次被访问的时间，并根据这个时间来决定是否释放它们的空间。如果选取的键已经很长时间没有被访问，它们将被释放，从而保证了Redis的内存使用量不会超过配置的最大内存量。

这只是Redis中实现LRU算法的一个简化示例，实际的Redis实现要复杂得多，包括了多线程和更复杂的内存管理策略。