Redis键的生存时间、生存策略和毁灭策略

先来回顾一下Redis键的生存时间，过期时间的设置；然后会讲到过期键删除策略；然后会聊其他功能对过期键的处理。

2.键的生存时间

键过期时间设置通过Expire命令或者Pexpire命令，客户端可以以毫秒级的精度为数据库中的某个键设置生存时间，一段时间后Redis服务器会删除生存时间为0的键。下面我们看一下Redis键的过期时间设置，以及查询键剩余寿命。

EXPIRE key 5 #设置一个键的过期时间 单位秒
EXPIREAT KEY 1660753861  #设置过期时间某个时间戳过期（UNIX时间戳）单位秒

PEXPIRE key 33 #设置一个键的过期时间 单位毫秒
PEXPIREAT key 1660839534000 #设置过期时间某个时间戳过期（UNIX时间戳）单位毫秒

TTL key  # 返回键的剩余过期时长，单位秒
PTTL key # 返回键的剩余过期时长，单位毫秒

Redis中的这些键的过期时间如何保存

Redis中维护了一个过期字典。其数据结构中，字典的键是一个指针，指向某个数据库键，而字典的键值则是一个long类型的整数，表示一个毫秒精度的UNIX时间戳。

其实上面几种设置键过期时间的命令相当于最后都是调用 PEXPIREAT 这个命令。

3.键的过期删除策略

3.1 如何判定键过期

Redis中判断键是否过期会使用以下的方法

• 检查给定的键是否存在于过期字典，如果存在则获取键的过期时间
• 检查当前的UNIX时间戳是否大于键的过期时间戳，大于过期时间戳的话则判定键过期

3.2 三种过期键删除策略

常见删除策略有三种：定时删除、惰性删除、定期删除

3.2.1定时删除

定时删除是在设置键的过期时间时，设置一个定时器，定时器会在键的过期时间到来时立即删除键

• 优点：内存友好，可以保证过期键尽可能快速地被删除，释放内存。
• 缺点：CPU资源分配不友好，如果过期键比较多的时候，此时删除会占用大量的CPU资源，从而间接影响Redis的性能。

3.2.2惰性删除

惰性删除只会在程序需要使用键时，才会对当前键进行过期检查，而不会去删除其他的过期键。

• 优点：CPU资源耗费小，因为只是在取出键的时候才会做过期检查，并删除等操作。
• 缺点：过期键会占用内存，如果一个过期键永远不被使用，那么就永远不能被删除，会造成内存泄漏。

惰性删除执行步骤如下：

1. 执行读写命令时去检查键的过期时间
2. 如果键过期，删除键，整个流程会按照键不存在的情况处理
3. 如果键未过期，则按照键存在的情况执行命令

3.2.3定期删除

定期删除是每隔一段时间执行一次过期键删除操作，可以通过限制删除的操作执行的时长和频率来减少CPU资源占用。同时定期删除策略不会导致过期键过多的堆积，造成大量内存泄漏。

定期删除策略有两个点比较重要，执行时长和执行频率。需要两者结合才能达到最优的效果。

定期删除步骤：

1. 从设置过期时间的key的集合中随机检查20个key
2. 删除其中的过期键。如果检查结果中25%以上的key过期，则开始新一轮任务。
3. 每次会按顺序在每个数据库执行，如果在3号数据库返回，则会记录下来，下次删除操作执行的时候会从4号数据库开始，就这样循环遍历整个Redis数据库。

定期任务执行频率：

为了定期检测资源和服务状态并根据预定策略执行相应的操作，Redis会调用内部函数来执行多种后台任务。

其执行频率由hz参数指定，默认为10，即每秒执行10次。

image-20220821131302978

这个值可以设置1-500，但是官方建议设置100以下，设置过大会造成CPU资源占用过大。基本上只用默认值就能满足大部分需求。

4.其他功能对过期键的处理

Redis数据保存有AOF和RDB两种功能。对于过期键的处理也不相同。

RDB持久化对过期键的处理：

• 生成RDB文件时。 过期key会被忽略，从而不会被保存到RDB文件中
• 加载RDB文件。
  • 主服务器模式。载入RDB文件时，会对key的过期时间进行检查，过期键会被忽略，不会加载到Redis中
  • 从服务器模式。所有数据key都会加载到Redis中

AOF持久化对过期键的处理：

• AOF文件写入的时候，会append删除语句， DEL key 。
• AOF重写的时候过期key则不会被写入AOF文件中。

当Redis服务器处于复制模式时对过期键的处理：

• 主服务器删除key时，会向从服务器发送DEL命令
• 从服务器不会处理过期key
• 从服务器只有接到Master发送的DEL命令才会删除key

总结

Redis的过期策略采用惰性删除和定期删除两种组合方式，其中惰性删除保证过期键一点过不会被使用，定期删除可以保证过期数据得到释放，优化资源占用率。