文章目錄

• Redis容量評估
• Redis記憶體模型
• 檢視記憶體佔用
• 記憶體劃分
• Redis資料記憶體
• Redis資料記憶體分配
• Redis資料記憶體計算
• String
• Hash
• SortedSet
• List
• 其他記憶體命令
• memory usage
• memory doctor
• memory purge

Redis容量評估

計算Redis容量，並不只是僅僅計算key佔多少位元組，value佔多少位元組，因為Redis為了維護自身的資料結構，也會佔用部分記憶體，本文章簡單介紹每種資料型別（String、Hash、Set、ZSet、List）佔用記憶體量，供做Redis容量評估時使用。

Redis記憶體模型

要評估Redis佔用記憶體量，首先需要了解Redis的記憶體模型。通過Redis的記憶體模型，才能不僅知其然，而且知其所以然。

檢視記憶體佔用

首先在redis-cli命令列中鍵入memory stats命令檢視下Redis記憶體佔用，大概如下圖所示：

 1) "peak.allocated"
 
 #Redis啟動到現在，佔用記憶體的峰值
 2) (integer) 850160
 3) "total.allocated" #當前使用的記憶體總量，Redis分配器分配的記憶體總量（單位是位元組），包括使用的虛擬記憶體（即swap）
 4) (integer) 827608
 5) "startup.allocated" #Redis啟動完成使用的記憶體位元組數
 6) (integer) 765616
 7) "replication.backlog" #主從複製backlog使用的記憶體，預設10MB，backlog只在主從斷線重連時發揮作用，主從複製本身並不依賴此項。
 8) (integer)
 
 0
 9) "clients.slaves" #主從複製中所有slave的讀寫緩衝區
10) (integer) 0
11) "clients.normal" #除slave外所有其他客戶端的讀寫緩衝區
12) (integer) 49630
13) "aof.buffer" #此項為aof持久化使用的快取和aofrewrite時產生的快取之和，如果關閉了appendonly那這項就一直為0 
14) (integer) 0 
15) "db.0"  #redis每個db的元資訊使用的記憶體，這裡只使用了db0，所以只打印了db0的記憶體使用狀態
16) 1) "overhead.hashtable.main"
    2) (integer) 72
    3) "overhead.hashtable.expires"
    4) (integer) 0
17) "overhead.total" #redis額外的總開銷記憶體位元組數； 即分配器分配的總記憶體total.allocated，減去資料實際儲存使用記憶體：startup.allocated+replication.backlog+clients.slaves+clients.normal+aof.buffer+dbx
18) (integer) 815318
19) "keys.count" #redis當前儲存的key總量
20) (integer) 1
21) "keys.bytes-per-key" #平均每個key的記憶體大小：(total.allocated - startup.allocated) / keys.count
22) (integer) 61992
23) "dataset.bytes" #所有資料所使用的記憶體：total.allocated - overhead.total
24) (integer) 12290
25) "dataset.percentage" #所有資料佔比：100 * dataset.bytes / (total.allocated - startup.allocated)
26) "19.5934348106384277"
27) "peak.percentage" #當前使用記憶體與歷史最高值比例
28) "97.6251003742218018"
29) "fragmentation" #記憶體碎片比率
30) "2.1039986610412598"

總上圖我們可以看出，Redis佔用的記憶體並不僅僅包括資料記憶體dataset.bytes，還包括啟動初始化記憶體、主從複製佔用記憶體、緩衝區記憶體等。

記憶體劃分

Redis記憶體佔用主要可以劃分為如下幾個部分：

• 資料
  Redis資料佔用記憶體dataset.bytes包括key-value佔用記憶體、dicEntry佔用記憶體、SDS佔用記憶體等。
  $資料所佔記憶體=當前所佔總記憶體`total.allocated`-額外記憶體`overhead.total`$
• 初始化記憶體
  redis啟動初始化時使用的記憶體startup.allocated，屬於額外記憶體overhead.total的一部分。
• 主從複製記憶體
  用於主從複製，屬於額外記憶體一部分。
• 緩衝區記憶體
  緩衝記憶體包括客戶端緩衝區、複製積壓緩衝區、AOF緩衝區等；其中，客戶端緩衝儲存客戶端連線的輸入輸出緩衝；複製積壓緩衝用於部分複製功能；AOF緩衝區用於在進行AOF重寫時，儲存最近的寫入命令。在瞭解相應功能之前，不需要知道這些緩衝的細節；這部分記憶體由jemalloc分配，因此會統計在used_memory中。
• 記憶體碎片
  記憶體碎片是Redis在分配、回收物理記憶體過程中產生的。例如，如果對資料的更改頻繁，而且資料之間的大小相差很大，可能導致redis釋放的空間在實體記憶體中並沒有釋放，但redis又無法有效利用，這就形成了記憶體碎片。
  $記憶體碎片率=Redis程序佔用記憶體/當前所佔記憶體`total.allocated`$
  記憶體碎片涉及到記憶體碎片率fragmentation，該值對於檢視記憶體是否夠用比較重要：

該值一般>1，數值越大，說明記憶體碎片越多。如果<1，說明Redis佔用了虛擬記憶體，而虛擬記憶體是基於磁碟的，速度會變慢，所以如果<1，就需要特別注意是否是記憶體不足了。
一般來說，mem_fragmentation_ratio在1.03左右是比較健康的狀態（對於jemalloc來說）；上面截圖中的mem_fragmentation_ratio值很大，是因為還沒有向Redis中存入資料，Redis程序本身執行的記憶體使得used_memory_rss 比used_memory大得多。

Redis資料記憶體

在瞭解了Redis記憶體模型之後，我們可以知道，Redis所佔記憶體不僅僅時key-value，很包括其他記憶體佔用。現在我們就來了解下Redis資料記憶體是如何佔用的。

Redis資料記憶體分配

Redis資料記憶體除了包括key-value，還包括dicEntry、redisObject、SDS等。

• dicEntry：Redis是Key-Value資料庫，因此對每個鍵值對都會有一個dictEntry，裡面儲存了指向Key和Value的指標；next指向下一個dictEntry，與本Key-Value無關。
• key：key的值並不是直接以字串儲存，而是儲存在SDS結構中。
• redisObject：value的值既不是直接以字串儲存，也不是像Key一樣直接儲存在SDS中，而是儲存在redisObject中。
• SDS：Redis沒有直接使用C字串(即以空字元’\0’結尾的字元陣列)作為預設的字串表示，而是使用了SDS。SDS是簡單動態字串(Simple Dynamic String)的縮寫。

Redis資料記憶體計算

String

公式：
$總記憶體消耗 = （dictEntry大小 + redisObject大小 +key_SDS大小 +val_SDS大小）×key個數 + bucket個數 ×指標大小$
公式：
$單個記憶體消耗=dictEntry大小 + redisObject大小 +key_SDS大小 +val_SDS大小$
jemalloc在分配記憶體塊時會分配大於實際值的2ⁿ的值，例如實際值時6位元組，那麼會分配8位元組

例如執行set user.name=admin，需要記憶體計算如下所示：
$total=32+16+(9+9=18-&gt;32)+(5+9=14-&gt;16)=96位元組$

Hash

Hash結構在使用HTable資料型別時，value並不是指向一個SDS，而實又一個Dict結構。Dict結構儲存了Hash物件的鍵值對。
一個hmset命令最終會產生以下幾個消耗記憶體的結構：

• 1個dictEntry結構，24位元組，負責儲存當前的雜湊物件；
• 1個SDS結構，（key長度 + 9）位元組，用作key字串；
• 1個redisObject結構，16位元組，指向當前key下屬的dict結構；
• 1個dict結構，88位元組，負責儲存雜湊物件的鍵值對；
• n個dictEntry結構，24×n位元組，負責儲存具體的field和value，n等於field個數；
• n個redisObject結構，16×n位元組，用作field物件；
• n個redisObject結構，16×n位元組，用作value物件；
• n個SDS結構，（field長度 + 9）× n位元組，用作field字串；
• n個SDS結構，（value長度 + 9）× n位元組，用作value字串；

公式：
$總記憶體消耗 = [（redisObject大小 ×2 +field SDS大小 +val SDS大小 + dictEntry大小）× field個數 +field bucket個數× 指標大小 + dict大小 + redisObject大小 +key SDS大小 + dictEntry大小 ] × key個數 +key bucket個數×指標大小$

SortedSet

一個zadd命令最終會產生以下幾個消耗記憶體的結構：

• 1個dictEntry結構，24位元組，負責儲存當前的有序集合物件；
• 1個SDS結構，（key長度 + 9）位元組，用作key字串；
• 1個redisObject結構，16位元組，指向當前key下屬的zset結構；
• 1個zset結構，16位元組，負責儲存下屬的dict和zskiplist結構；
• 1個dict結構，88位元組，負責儲存集