一文聊聊Redis中的过期策略

本篇文章带大家介绍一下Redis中的过期策略，看看惰性删除策略、定期删除策略的实现方法，希望对大家有所帮助！

一文聊聊Redis中的过期策略

保存过期时间

Redis可以为每个key设置过期时间，会将每个设置了过期时间的key放入一个独立的字典中。【相关推荐：Redis视频教程】

typedef struct redisDb { 
int id; //id是数据库序号，为0-15(默认Redis有16个数据库) 
long avg_ttl; //存储的数据库对象的平均ttl(time to live)，用于统计 
dict *dict; //存储数据库所有的key-value 
dict *expires; //存储key的过期时间 
dict *blocking_keys;//blpop 存储阻塞key和客户端对象 
dict *ready_keys;//阻塞后push 响应阻塞客户端 存储阻塞后push的key和客户端对象 dict *watched_keys;//存储watch监控的的key和客户端对象 
} redisDb;

dict 用来维护一个 Redis 数据库中包含的所有 Key-Value 键值对，expires则用于维护一个 Redis 数据库中设置了失效时间的键(即key与失效时间的映射)。注意这里的失效时间是用毫秒的时间戳表示的，比如2022-01-02 22:45:02过期则value为1641134702000

当我们使用expire命令设置一个key的失效时间时，Redis 首先到 dict 这个字典表中查找要设置的key是否存在，如果存在就将这个key和失效时间添加到 expires 这个字典表。

当我们使用setex命令向系统插入数据时，Redis 首先将 Key 和 Value 添加到 dict 这个字典表中，然后将 Key 和失效时间添加到 expires 这个字典表中。注意setex只能用于字符串。

简单地总结来说就是，设置了失效时间的key和具体的失效时间全部都维护在 expires 这个字典表中。

设置过期时间

expire的使用

expire命令的使用方法如下: expire key ttl(单位秒)

127.0.0.1:6379> expire name 2 #2秒失效 
(integer) 1 
127.0.0.1:6379> get name 
(nil) 
127.0.0.1:6379> set name zhangfei 
OK 
127.0.0.1:6379> ttl name #永久有效 
(integer) -1 
127.0.0.1:6379> expire name 30 #30秒失效 
(integer) 1 
127.0.0.1:6379> ttl name #还有24秒失效 
(integer) 24 
127.0.0.1:6379> ttl name #失效 
(integer) -2

Redis有四个不同的命令可以用于设置键的生存时间（键可以生存多久）或过期时间（键什么时候会被删除）:

expire 命令用于将键key的生存时间设置为ttl秒

pexpire 命令用于将键key的生存时间设置为ttl毫秒

expireat 命令用于将键key的过期时间设置为timestamp所指定的秒数时间戳

pexpireat 命令用于将键key的过期时间设置为timestamp所指定的毫秒数时间戳

注意expire、pexpire、expireat最终实现都是通过pexpireat实现的，也就是说无论客户端执行哪个命令，都会Redis都会转换成pexpireat命令执行。所以expires字典中存的时间是用毫秒时间戳表示的键的过期时间。

过期策略

如果一个键过期了，那什么时候被删除呢？

有三种过期策略

定时删除：在设置键的过期时间的同时，创建一个定时器，让定时器在键的过期时间来临时，立即执行对键的删除操作。（创建定时器删除）
惰性删除：放任键的过期不管，但是每次从键空间中获取键时，都检查取得的键是否过期，如果过期的话，就删除该键；如果没有过期，就返回该键。（使用的时候删除）
定期删除：每隔一段时间，程序就对数据库进行一次检查，删除里面过期的键。至于要删除多少过期键，以及要检查多少个数据库，则有算法决定。（定期扫描删除）

定时删除

优点

1、对内存最友好：通过使用定时器，可以保证过期的键会尽可能快地被删除，释放所占内存

缺点

1、对cpu最不友好：在过期键比较多的情况下，删除过期键这一行为可能会占用相当一部分cpu的时间，对服务器的响应时间和吞吐量造成影响。

惰性删除

优点

1、对cpu最友好：只有在取出键的时候才会对过期键进行检查，即不需要cpu定期扫描，也不需要创建大量的定时器。

缺点

1、对内存最不友好：如果一个键已经过期，但是后面不会被访问到的话，那么就一直保留在数据库中。如果这样的键过多，无疑会占用很大的内存。

定期删除

定期删除是上面的定时删除和惰性删除的一中折中方案。

优点

1、定期删除每隔一段时间执行一次过期键操作，并通过限制删除操作执行的时长和频率来减少删除操作对cpu时间的影响。

2、通过删除过期键，能有效的减少因为过期键而带来的内存浪费

缺点难以确定删除操作执行的时长和频率

1、如果删除操作执行得太频繁，或者执行的时间太长，定期删除策略就会退化成定时删除，以至于占用太多cpu的执行时间。

2、如果删除操作执行的时间太少，或执行时间太短，定期删除策略又会和惰性删除一样，出现内存浪费。

Redis的过期策略

Redis使用是惰性删除和定期删除两种策略：通过配好使用这两种策略，服务器可以很好地在合理使用cpu时间和避免浪费内存空间之间取得平衡。

惰性删除策略的实现

过期键的惰性删除删除策略由db.c/expireIfNeeded函数实现，所有读写数据库的Redis命令在执行之前都会调用expireIfNeed函数对输入键进行检查：

如果键已经过期，那么expireIfNeeded函数将键删除
如果键未过期，那么expireIfNeeded函数不做操作

命令调用expireIfNeeded函数过程如下图

另外因为每个被访问的键都可能被删除，所以每个命令都必须能同时处理键存在以及不存在的情况。下图表示get命令的执行过程

定期删除策略的实现

过期键的定期删除策略由redis.c/activeExpireCycle函数实现，每当Redis的服务器周期性操作redis.c/serverCron函数执行时，activeExpireCycle函数就会被调用，它在规定时间内，分多次遍历服务器中各个数据库。

Redis 默认每秒进行 10 次过期扫描，过期扫描不会遍历过期字典中所有的 key, 而是采用了一种简单的贪心策略，步骤如下。

(1)从过期字典中随机选出 20个 key。

(2)删除这 20 个 key 中已经过期的 key。

(3)如果过期的 key的比例超过 1/4，那就重复步骤 (1)。同时，为了保证过期扫描不会出现循环过度，导致结程卡死的现象，算法还增加了扫描时间的上限，默认不会超过 25ms。

假设一个大型的 Redis 实例中所有的 key 在同一时间过期了，会出现怎样的结果呢?

消耗cpu

Redis 会持续扫描过期字典(循环多次)，直到过期字典中过期的key变得稀疏，才会停止(循环次数明显下降）。

导致请求卡顿或超时

当客户端请求到来时，服务器如果正好进入过期扫描状态，客户端的请求将会等待至少 25ms 后才会进行处理，如果客户端将超时时间设置得比较短，比如 10ms，那么就会出现大量的连接因为超时而关闭，业务端就会出现很多异常

所以一定要注意过期时间，如果有大批量的key过期，要给过期时间设置一个随机范围，而不能全部在同一时间过期。

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