什么是Redis-LFU

這篇文章主要講解了“什么是Redis-LFU”，文中的講解內容簡單清晰，易于學習與理解，下面請大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來研究和學習“什么是Redis-LFU”吧！

LFU是redis中被使用的一個淘汰策略，當然redis實現的是非常的巧妙，它的全稱是Least  Frequently  Used，即用的次數少的被淘汰。它相比于LRU（大家可以自行了解，后續博文會對它進行補充）更精確通過讀redis相關源碼（version：6.2）發現，每次操作db的時候都會調用 robj *lookupKey(redisDb *db, robj *key, int flags)函數，這個函數是這樣實現的

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;
    }
}

當在字典中發現存在這個key的時候&它沒有開啟一個子線程去做saving操作的時候&配了最大內存策略&MAXMEMORY_FLAG_LFU 它都會updateLFU，讓我們看看updateLFU函數是怎么實現的吧，先上代碼：

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

先講下LFU的結構，這樣對理解代碼有一定的幫助。LFU像LRU一樣都用了24bit去表示，不同的是，LFU用前16bit表示時間，剩余的8bit表示被訪問次數，即counter，而LRU用全部的24bit表示時間。表象是結構的區別，其實是內在算法實現上的區別。LRU僅根據時間去判斷這個key是否該刪除，而LFU是根據時間和訪問次數兩個因子去確定該key是否被刪，從概率上來判斷，LFU是更準確的。updateLFU中，最后會算出val的真正的lru，time<<8位是為了給counter留出8bit的位置，然后｜counter，得出正確的var的lfu。這個時候你會問了，那明明是lru，其實在源碼中它既可以表示lru，又可以表示lfu，其實它就是24bit的int類型字段。它的定義是這樣的

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;

下面我們介紹LFU中的幾個重要的概念

1.LFU的counter（訪問次數）不是一直遞增的，它有一個遞減策略，它的實現，上源碼：

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  ;

這個是算出最近一次的訪問時間，可能這里有人會問，為什么會右移8bit，是因為右邊的8位是counter，必須被移出去，才能得到時間。如果你現在左右移都弄不清的話，那么就先復習復習左右移。

第2行  

unsigned   long   counter   =   o -> lru   &   255 ;  

這個會算出counter，&255正好把前邊的16bit都變成0，同樣的話，如果你現在不懂&，請復習復習&。  

第3行

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

它的作用是算出遞減num，lfu_decay_time表示lfu遞減因子，LFUTimeElaspsed這個函數的作用是算出，當前now和最近一次訪問的差，即算出多久沒有訪問了。然后/遞減因子，算出需要counter遞減的多少。    

最后      

if  ( num_periods )      

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

return   counter ;      

算出counter。      

2.counter先做遞減，然后再做遞增，上代碼，具體講解，就看我的注釋吧

void updateLFU(robj *val) {
    unsigned long counter = LFUDecrAndReturn(val);   // 遞減操作
    counter = LFULogIncr(counter);  // 遞增操作
    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++; // 經過算法運算，r < p才做counter++
    return counter;
}

3.redis每次創建obj的時候都會設置LFU或者LRU，當然默認是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) { // 當設置了最大內存策略和LFU的時候走LFU
        o->lru = (LFUGetTimeInMinutes()<<8) | LFU_INIT_VAL;
    } else {
        o->lru = LRU_CLOCK();
    }
    return o;
}

當設置了最大內存策略和LFU的時候走LFU，else走LRU

感謝各位的閱讀，以上就是“什么是Redis-LFU”的內容了，經過本文的學習后，相信大家對什么是Redis-LFU這一問題有了更深刻的體會，具體使用情況還需要大家實踐驗證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關知識點的文章，歡迎關注！