什么是Redis-LFU

这篇文章主要讲解了“什么是Redis-LFU”，文中的讲解内容简单清晰，易于学习与理解，下面请大家跟着小编的思路慢慢深入，一起来研究和学习“什么是Redis-LFU”吧！

LFU是redis中被使用的一个淘汰策略，当然redis实现的是非常的巧妙，它的全称是Least  Frequently  Used，即用的次数少的被淘汰。它相比于LRU（大家可以自行了解，后续博文会对它进行补充）更精确通过读redis相关源码（version：6.2）发现，每次操作db的时候都会调用 robj *lookupKey(redisDb *db, robj *key, int flags)函数，这个函数是这样实现的

robj *lookupKey(redisDb *db, robj *key, int flags) {
    dictEntry *de = dictFind(db->dict,key->ptr);
    if (de) {
        robj *val = dictGetVal(de);

        /* Update the access time for the ageing algorithm.
         * Don't do it if we have a saving child, as this will trigger
         * a copy on write madness. */
        if (!hasActiveChildProcess() && !(flags & LOOKUP_NOTOUCH)){
            if (server.maxmemory_policy & MAXMEMORY_FLAG_LFU) {
                updateLFU(val);
            } else {
                val->lru = LRU_CLOCK();
            }
        }
        return val;
    } else {
        return NULL;
    }
}

当在字典中发现存在这个key的时候&它没有开启一个子线程去做saving操作的时候&配了最大内存策略&MAXMEMORY_FLAG_LFU 它都会updateLFU，让我们看看updateLFU函数是怎么实现的吧，先上代码：

void updateLFU(robj *val) {
    unsigned long counter = LFUDecrAndReturn(val);
    counter = LFULogIncr(counter);
    val->lru = (LFUGetTimeInMinutes()<<8) | counter;
}

先讲下LFU的结构，这样对理解代码有一定的帮助。LFU像LRU一样都用了24bit去表示，不同的是，LFU用前16bit表示时间，剩余的8bit表示被访问次数，即counter，而LRU用全部的24bit表示时间。表象是结构的区别，其实是内在算法实现上的区别。LRU仅根据时间去判断这个key是否该删除，而LFU是根据时间和访问次数两个因子去确定该key是否被删，从概率上来判断，LFU是更准确的。updateLFU中，最后会算出val的真正的lru，time<<8位是为了给counter留出8bit的位置，然后｜counter，得出正确的var的lfu。这个时候你会问了，那明明是lru，其实在源码中它既可以表示lru，又可以表示lfu，其实它就是24bit的int类型字段。它的定义是这样的

typedef struct redisObject {
    unsigned type:4;
    unsigned encoding:4;
    unsigned lru:LRU_BITS; /* LRU time (relative to global lru_clock) or
                            * LFU data (least significant 8 bits frequency
                            * and most significant 16 bits access time). */
    int refcount;
    void *ptr;
} robj;

下面我们介绍LFU中的几个重要的概念

1.LFU的counter（访问次数）不是一直递增的，它有一个递减策略，它的实现，上源码：

unsigned long LFUDecrAndReturn(robj *o) {
    unsigned long ldt = o->lru >> 8;
    unsigned long counter = o->lru & 255;
    unsigned long num_periods = server.lfu_decay_time ? LFUTimeElapsed(ldt) / server.lfu_decay_time : 0;
    if (num_periods)
        counter = (num_periods > counter) ? 0 : counter - num_periods;
    return counter;
}

方法中的第1行，

unsigned      long      ldt      =      o  ->  lru      >>      8  ;

这个是算出最近一次的访问时间，可能这里有人会问，为什么会右移8bit，是因为右边的8位是counter，必须被移出去，才能得到时间。如果你现在左右移都弄不清的话，那么就先复习复习左右移。

第2行  

unsigned   long   counter   =   o -> lru   &   255 ;  

这个会算出counter，&255正好把前边的16bit都变成0，同样的话，如果你现在不懂&，请复习复习&。  

第3行

unsigned              long              num_periods              =              server      .      lfu_decay_time              ?              LFUTimeElapsed      (      ldt      )        /              server      .      lfu_decay_time              :              0      ;    

它的作用是算出递减num，lfu_decay_time表示lfu递减因子，LFUTimeElaspsed这个函数的作用是算出，当前now和最近一次访问的差，即算出多久没有访问了。然后/递减因子，算出需要counter递减的多少。    

最后      

if  ( num_periods )      

counter   =  ( num_periods   >   counter )  ?   0   :   counter   -   num_periods ;      

return   counter ;      

算出counter。      

2.counter先做递减，然后再做递增，上代码，具体讲解，就看我的注释吧

void updateLFU(robj *val) {
    unsigned long counter = LFUDecrAndReturn(val);   // 递减操作
    counter = LFULogIncr(counter);  // 递增操作
    val->lru = (LFUGetTimeInMinutes()<<8) | counter; // 生成真正的LFU
}

uint8_t LFULogIncr(uint8_t counter) {
    if (counter == 255) return 255; // counter的最大值是255
    double r = (double)rand()/RAND_MAX;
    double baseval = counter - LFU_INIT_VAL;
    if (baseval < 0) baseval = 0;
    double p = 1.0/(baseval*server.lfu_log_factor+1);
    if (r < p) counter++; // 经过算法运算，r < p才做counter++
    return counter;
}

3.redis每次创建obj的时候都会设置LFU或者LRU，当然默认是LRU

robj *createObject(int type, void *ptr) {
    robj *o = zmalloc(sizeof(*o));
    o->type = type;
    o->encoding = OBJ_ENCODING_RAW;
    o->ptr = ptr;
    o->refcount = 1;

    /* Set the LRU to the current lruclock (minutes resolution), or
     * alternatively the LFU counter. */
    if (server.maxmemory_policy & MAXMEMORY_FLAG_LFU) { // 当设置了最大内存策略和LFU的时候走LFU
        o->lru = (LFUGetTimeInMinutes()<<8) | LFU_INIT_VAL;
    } else {
        o->lru = LRU_CLOCK();
    }
    return o;
}

当设置了最大内存策略和LFU的时候走LFU，else走LRU

感谢各位的阅读，以上就是“什么是Redis-LFU”的内容了，经过本文的学习后，相信大家对什么是Redis-LFU这一问题有了更深刻的体会，具体使用情况还需要大家实践验证。这里是亿速云，小编将为大家推送更多相关知识点的文章，欢迎关注！