redis 突然大量逐出导致读写请求block

现象

redis作为缓存场景使用，内存耗尽时，突然出现大量的逐出，在这个逐出的过程中阻塞正常的读写请求，导致 redis 短时间不可用；

背景

redis 中的LRU是如何实现的？

1. 当mem_used内存已经超过maxmemory的设定，对于所有的读写请求，都会触发redis.c/freeMemoryIfNeeded(void)函数以清理超出的内存。
2. 这个清理过程是阻塞的，直到清理出足够的内存空间。
3. 这里的LRU或TTL策略并不是针对redis的所有key，而是以配置文件中的maxmemory-samples个key作为样本池进行抽样清理。
   
   maxmemory-samples在redis-3.0.0中的默认配置为5，如果增加，会提高LRU或TTL的精准度，redis作者测试的结果是当这个配置为10时已经非常接近全量LRU的精准度.

原因

逐出qps突增非常大的原因：一次需要逐出释放太多的空间会导致阻塞；具体的原因是 mem_tofree 的计算逻辑有问题；

mem_tofree 统计的是：实际已分配的内存总量 - AOF 缓冲区相关的内存；

如果这时候有rehash，会临时分配一个桶来做rehash，这部分内存未排除，所以在rehash阶段，算出来的mem_tofree 就会很大，造成一个时刻需要逐出大量的key，逐出的loop是阻塞的，这个阶段会block redis的请求；

逐出qps的计算：

freeMemoryIfNeeded(...)
    // 计算出 Redis 目前占用的内存总数，但有两个方面的内存不会计算在内：
    // 1）从服务器的输出缓冲区的内存
    // 2）AOF 缓冲区的内存
    // 3）AOF 重写缓冲区中的内存
    mem_used = zmalloc_used_memory();
    if (slaves) {
        listIter li;
        listNode *ln;
        listRewind(server.slaves,&li);
        while((ln = listNext(&li))) {
            redisClient *slave = listNodeValue(ln);
            unsigned long obuf_bytes = getClientOutputBufferMemoryUsage(slave);
            if (obuf_bytes > mem_used)
                mem_used = 0;
            else
                mem_used -= obuf_bytes;
        }
    }
    if (server.aof_state != REDIS_AOF_OFF) {
        mem_used -= sdslen(server.aof_buf);
        mem_used -= aofRewriteBufferSize();
    }
    // 计算需要释放多少字节的内存
    mem_tofree = mem_used - server.maxmemory;
    propagateExpire(db,keyobj);
    // 计算删除键所释放的内存数量
    delta = (long long) zmalloc_used_memory();
    dbDelete(db,keyobj);
    delta -= (long long) zmalloc_used_memory();
    mem_freed += delta;
    // 对淘汰键的计数器增一
    server.stat_evictedkeys++;

解决方案

github上 @Rosanta 给出的解决方案：释放内存的循环逻辑中最多执行一定次数，达到阈值了就不再逐出，到下个请求来时再释放一点空间；这个方案的好处是不会 block 整个进程，正常的业务读写请求无影响；潜在问题是可能单次写入的数据比释放的空间还大，导致总的内存是一直上升，而不是下降；

@antirez 给的方案：同样是迭代删除，但会加个标志，保证在迭代删除的逻辑下内存是逐渐下降的，而如果是上升的，还是会block住正常的请求（要控制主总的内存大小）；

详见：

https://github.com/antirez/redis/pull/4583

ref

关于 redis 4.0的逐出算法优化

http://antirez.com/news/109