怎么清理Redis内存碎片
什么是Redis内存碎片？
操作系统的剩余空间总量足够，但申请一块N字节连续地址的空间时，剩余内存空间中没有大小为N字节的连续空间，那么这些剩余内存空间中，小于N字节的连续内存空间就是内存碎片。
Redis内存碎片是如何形成的？内存碎片形成有内部原因和外部原因：
内部原因：内存分配器的分配策略决定操作系统无法做到“按需分配”。
Redis使用libc、jemalloc、tcmalloc多种内存分配器来分配内存，默认使用jemalloc。
内存分配器是按照固定大小来分配内存空间，不是完全按照应用程序申请的内存大小来分配。
以jemalloc为例，是按照一系列固定的大小划分内存空间，例如8字节、16字节、32字节、...、2KB、4KB等。Jemalloc会分配与程序申请内存最接近的固定大小的空间。
外部原因：键值对大小不一样，并且键值对可以被修改和删除。
Redis申请内存空间分配时，对于大小不一的内存空间需求，内存分配器按照固定大小分配内存空间，分配的内存空间一般都会比申请的内存空间大一些，这会产生一定的内存碎片。
键值对会被修改和删除，会导致空间的扩容和释放。
DAS通过Redis提供的INFO命令，查询内存使用的详细信息，命令如下：
INFO memory# Memory
used_memory:350458970752
used_memory_human:326.39G
used_memory_rss:349066919936
used_memory_rss_human:325.09G
…
mem_fragmentation_ratio:1.00
used_memory：表示Redis为了保存数据实际申请使用的内存空间。
used_memory_rss：表示操作系统实际分配给Redis的物理内存空间，其中包含了内存空间碎片。
mem_fragmentation_ratio指当前Redis的内存碎片率。计算公式：mem_fragmentation_ratio=used_memory_rss/used_memory
mem_fragmentation_ratio大于等于1但小于等于1.5，这种情况是合理的。
mem_fragmentation_ratio大于1.5，表明内存碎片率已经超过了50%。
一个“简单粗暴”的方法是重启Redis实例。但是这个方法会带来两个后果：
如果Redis中的数据没有持久化，数据会丢失；
无论Redis数据是否被持久化，恢复数据时都需采用AOF或RDB方式，而恢复所需时间取决于AOF或RDB文件的大小。并且如果只有一个Redis实例，恢复阶段无法提供服务。
那有没有更好的方法呢？有的，从4.0-RC3版本以后，Redis自身提供了一种内存碎片自动清理的方法。
内存碎片自动清理内存碎片清理，简单来说，就是“搬家让位，合并空间”。
当有数据把一块连续的内存空间分割成好几块不连续的空间时，操作系统会把数据拷贝到另外，而原来不连续的内存空间就变成连续的内存空间了。
但是碎片清理是有代价的。移动多份数据到新位置并释放原有空间是操作系统必须做的，但这个过程会花费时间。另外在数据拷贝时，会阻塞Redis，降低性能。
如何缓解这个问题？Redis专门为自动内存碎片清理机制提供参数设置。可以通过设置参数，来控制碎片清理的开始和结束时机，以及占用的CPU比例，从而减少碎片清理对Redis请求处理的性能影响。
首先，开启自动内存碎片清理：
config set activedefrag yes然后，设置触发内存清理的条件：
active-defrag-ignore-bytes 100mb：表示内存碎片的字节数达到100MB时，开始清理；
active-defrag-threshold-lower 10：表示内存碎片空间占操作系统分配给Redis的总空间比例达到10%时，开始清理。
最后，控制清理操作占用CPU时间比例的上、下限：
active-defrag-cycle-min 25： 表示自动清理过程所用CPU时间的比例不低于25%，保证清理能正常开展；
active-defrag-cycle-max 75：表示自动清理过程所用CPU时间的比例不高于75%，一旦超过，就停止清理，从而避免在清理时，大量的内存拷贝阻塞Redis，导致响应延迟升高。
Redis作为一种高效的分布式缓存，其常见问题中，内存碎片问题在实际应用中较为常见。当Redis的内存碎片堆积严重时，系统的性能会受到很大影响，如何清理Redis内存碎片成为了系统运维工作中的一项重要任务。
一、Redis内存碎片产生的原因及表现
1. 内存碎片产生原因
Redis使用jemalloc作为内存分配器，底层的内存管理是由jemalloc实现的。在Redis开启内存碎片检测时，如果发现内存碎片严重，就会持续输出以下日志信息：
```
[39286] 07 Jun 09:34:20.097 # [jep] fragmentation: 11815 jemalloc: 16591232 used, 30787584 active, 100940544 allocated, 14 spans, 2097151 pages, 2492920 fragmentation factor
```
这里的\"fragmentation factor\"就是内存碎片比例，该数值越大，表明Redis的碎片现象越严重。
2. 如何判断Redis内存碎片是否严重
Redis提供了一个名为“used_memory-rss”的指标来表示实际物理内存占用，该指标的大小反映了Redis当前内存碎片的水平。在Redis启动时，通过以下命令查看：
```
redis-cli info memory | grep used_memory_rss
```
当该指标占用内存过多时，表现为Redis进程的CPU利用率升高、命令执行速度变慢等。
二、解决Redis内存碎片的方法
1. 更新Redis版本
从Redis 4.0开始，Redis官方起初引入了jemalloc 5.0，它默认开启了的内存碎片优化功能。这使得Redis在内存管理的效率及内存碎片上有了大幅提升。同时，jemalloc5也新增了多线程模式，并且可以串行分配内存和并行的释放内存，有了这些优化，jemalloc5能够大幅减少内存碎片。
2. 关键参数调整
若Redis版本较旧，通过调整Redis maxmemory-reserved配置项，可以预留出大块连续的内存空间，来增加内存分配的连续性。常规建议为将该配置项设置为maxmemory的10%~20%。
如果分配内存的过程产生了过多的碎片，通过增加NoLRU-sizing-size参数大小来调整，这里我们举个例子，当tcmalloc的内部碎片率达到30%的时候（这是一个比较高的值），tcmalloc内部的cache size约为500M，因此我们建议在部署时配置如下参数：
```
maxmemory 6G
maxmemory-policy volatile-ttl
maxmemory-reserved 200mb
noeviction yes
activerehashing no
hash-max-ziplist-entries 512
hash-max-ziplist-value 64
```
3. 参数调优
Redis默认配置的参数在普通场景下运行没有问题，但是在实际应用中，仍需要根据业务特点进行针对性调优，特别是在内存占用量巨大的情况下，例如block-max-memory，默认配置较小，需增加其大小。注：这些调优参数均需谨慎调整。
三、结语
Redis作为分布式缓存技术的先锋，其性能一直备受关注，在使用的过程中遇到内存碎片问题，进行及时的处理，可以使Redis的性能更佳稳定。
总之，解决Redis内存碎片问题是一项综合性的工作，需要从不同的方面入手，权衡各种因素才能达到最优解。通过本篇文章，希望可以为大家提供一些关于清理Redis内存碎片的思路和参考，帮助大家尽快排除碎片问题，保证系统的稳定性。
