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Redis數(shù)據(jù)過期策略的實(shí)現(xiàn)詳解

 更新時間：2021年09月15日 11:40:52   作者：法號阿興  
最近項(xiàng)目當(dāng)中遇到一個需求場景，需要清空一些存放在Redis的數(shù)據(jù)，本文對Redis的過期機(jī)制簡單的講解一下，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們可以參考一下

　　本文對Redis的過期機(jī)制簡單的講解一下

　　講解之前我們先拋出一個問題，我們知道很多時候服務(wù)器經(jīng)常會用到redis作為緩存，有很多數(shù)據(jù)都是臨時緩存一下，可能用過之后很久都不會再用到了（比如暫存session，又或者只存放日行情股票數(shù)據(jù)）那么就會出現(xiàn)一下幾個問題了

Redis會自己回收清理不用的數(shù)據(jù)嗎？如果能，那如何配置？如果不能，如何防止數(shù)據(jù)累加后大量占用存儲空間的問題？

　　之前一直接觸Redis不是很深入，最近項(xiàng)目當(dāng)中遇到一個需求場景，需要清空一些存放在Redis的數(shù)據(jù)，主要是通過一些時間進(jìn)行過濾，刪除那些不滿足的數(shù)據(jù)，但是這樣的工作每天都需要進(jìn)行，那工作量就比較大了，而且每天都需要按時去手動清理，這樣做也不切實(shí)際，后面發(fā)現(xiàn)Redis中有個設(shè)置時間過期的功能，即對存儲在Redis數(shù)據(jù)庫中的值可以設(shè)置一個過期時間。作為一個緩存數(shù)據(jù)庫，這是非常實(shí)用的。這就是我們本文要講到的Redis過期機(jī)制。其實(shí)這個機(jī)制運(yùn)用的場景十分廣泛，比如我們一般項(xiàng)目中的token或者一些登錄信息，尤其是短信驗(yàn)證碼都是有時間限制的，或者是限制請求次數(shù)，如果按照傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫處理方式，一般都是自己判斷過期，這樣無疑會嚴(yán)重影響項(xiàng)目性能。

一、設(shè)置過期時間

　　Redis對存儲值的過期處理實(shí)際上是針對該值的鍵（key）處理的，即時間的設(shè)置也是設(shè)置key的有效時間。Expires字典保存了所有鍵的過期時間，Expires也被稱為過期字段。

expire key time(以秒為單位)--這是最常用的方式setex(String key, int seconds, String value)--字符串獨(dú)有的方式

注：
　　1、除了字符串自己獨(dú)有設(shè)置過期時間的方法外，其他方法都需要依靠expire方法來設(shè)置時間
　　2、如果沒有設(shè)置時間，那緩存就是永不過期
　　3、如果設(shè)置了過期時間，之后又想讓緩存永不過期，使用persist key

1、常用方式

一般主要包括4種處理過期方，其中expire都是以秒為單位，pexpire都是以毫秒為單位的。

EXPIRE key seconds　　//將key的生存時間設(shè)置為ttl秒
PEXPIRE key milliseconds　　//將key的生成時間設(shè)置為ttl毫秒
EXPIREAT key timestamp　　//將key的過期時間設(shè)置為timestamp所代表的的秒數(shù)的時間戳
PEXPIREAT key milliseconds-timestamp　　//將key的過期時間設(shè)置為timestamp所代表的的毫秒數(shù)的時間戳

備注：timestamp為unix時間戳（例如：timestamp=1499788800 表示將在2017.07.12過期）
1、2兩種方式是設(shè)置一個過期的時間段，就是咱們處理驗(yàn)證碼最常用的策略，設(shè)置三分鐘或五分鐘后失效，把分鐘數(shù)轉(zhuǎn)換成秒或毫秒存儲到Redis中。
3、4兩種方式是指定一個過期的時間 ，比如優(yōu)惠券的過期時間是某年某月某日，只是單位不一樣。

下面我們就以EXPIREAT為例子簡單講解下用法。

返回值

一個整數(shù)值1或0，如下：

  • 如果成功地為該鍵設(shè)置了超時時間，返回 1
  • 如果鍵不存在或無法設(shè)置超時時間，返回 0

語法
以下是以Redis的EXPIREAT命令的基本語法。

redis 127.0.0.1:6379> Expireat KEY_NAME TIME_IN_UNIX_TIMESTAMP

示例

首先，在Redis中創(chuàng)建一個鍵：akey，并在akey中設(shè)置一些值。

redis 127.0.0.1:6379> SET akey redis 
OK

現(xiàn)在，為設(shè)置創(chuàng)建的鍵設(shè)置超時時間為60秒。

127.0.0.1:6379> SET akey redis
OK
127.0.0.1:6379> EXPIREAT akey 1393840000
(integer) 1
127.0.0.1:6379> EXISTS akey
(integer) 0
127.0.0.1:6379> SET akey redis
OK
127.0.0.1:6379> EXPIREAT akey 1493840000
(integer) 1
127.0.0.1:6379> EXISTS akey
(integer) 1

其他三個用法類似，這里不逐一闡述

2、字符串獨(dú)有方式

對字符串特殊處理的方式為SETEX命令，SETEX命令為指定的 key 設(shè)置值及其過期時間。如果 key 已經(jīng)存在， SETEX 命令將會替換舊的值。

返回值

設(shè)置成功時返回 OK 。

語法

Redis Setex 命令基本語法如下：

redis 127.0.0.1:6379> SETEX KEY_NAME TIMEOUT VALUE

示例

redis 127.0.0.1:6379> SETEX mykey 60 redis
OK
redis 127.0.0.1:6379> TTL mykey
60
redis 127.0.0.1:6379> GET mykey
"redis

二、3種過期策略

定時刪除

  • 含義：在設(shè)置key的過期時間的同時，為該key創(chuàng)建一個定時器，讓定時器在key的過期時間來臨時，對key進(jìn)行刪除
  • 優(yōu)點(diǎn)：保證內(nèi)存被盡快釋放
  • 缺點(diǎn)：
    • 若過期key很多，刪除這些key會占用很多的CPU時間，在CPU時間緊張的情況下，CPU不能把所有的時間用來做要緊的事兒，還需要去花時間刪除這些key
    • 定時器的創(chuàng)建耗時，若為每一個設(shè)置過期時間的key創(chuàng)建一個定時器（將會有大量的定時器產(chǎn)生），性能影響嚴(yán)重
    • 沒人用

惰性刪除

  • 含義：key過期的時候不刪除，每次從數(shù)據(jù)庫獲取key的時候去檢查是否過期，若過期，則刪除，返回null。
  • 優(yōu)點(diǎn)：刪除操作只發(fā)生在從數(shù)據(jù)庫取出key的時候發(fā)生，而且只刪除當(dāng)前key，所以對CPU時間的占用是比較少的，而且此時的刪除是已經(jīng)到了非做不可的地步（如果此時還不刪除的話，我們就會獲取到了已經(jīng)過期的key了）
  • 缺點(diǎn)：若大量的key在超出超時時間后，很久一段時間內(nèi)，都沒有被獲取過，那么可能發(fā)生內(nèi)存泄露（無用的垃圾占用了大量的內(nèi)存）

定期刪除

  • 含義：每隔一段時間執(zhí)行一次刪除(在redis.conf配置文件設(shè)置hz，1s刷新的頻率)過期key操作
  • 優(yōu)點(diǎn)：
    • 通過限制刪除操作的時長和頻率，來減少刪除操作對CPU時間的占用--處理"定時刪除"的缺點(diǎn)
    • 定期刪除過期key--處理"惰性刪除"的缺點(diǎn)
  • 缺點(diǎn)
    • 在內(nèi)存友好方面，不如"定時刪除"
    • 在CPU時間友好方面，不如"惰性刪除"
  • 難點(diǎn)
    • 合理設(shè)置刪除操作的執(zhí)行時長（每次刪除執(zhí)行多長時間）和執(zhí)行頻率（每隔多長時間做一次刪除）（這個要根據(jù)服務(wù)器運(yùn)行情況來定了）

看完上面三種策略后可以得出以下結(jié)論：

定時刪除和定期刪除為主動刪除：Redis會定期主動淘汰一批已過去的key

惰性刪除為被動刪除：用到的時候才會去檢驗(yàn)key是不是已過期，過期就刪除

惰性刪除為redis服務(wù)器內(nèi)置策略

定期刪除可以通過：

  • 第一、配置redis.conf 的hz選項(xiàng)，默認(rèn)為10 （即1秒執(zhí)行10次，100ms一次，值越大說明刷新頻率越快，最Redis性能損耗也越大）
  • 第二、配置redis.conf的maxmemory最大值，當(dāng)已用內(nèi)存超過maxmemory限定時，就會觸發(fā)主動清理策略

注意：

上邊所說的數(shù)據(jù)庫指的是內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，默認(rèn)情況下每一臺redis服務(wù)器有16個數(shù)據(jù)庫（關(guān)于數(shù)據(jù)庫的設(shè)置，看下邊代碼），默認(rèn)使用0號數(shù)據(jù)庫，所有的操作都是對0號數(shù)據(jù)庫的操作，關(guān)于redis數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)，查看 第八章 Redis數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)與讀寫原理

# 設(shè)置數(shù)據(jù)庫數(shù)量。默認(rèn)為16個庫，默認(rèn)使用DB 0，可以使用"select 1"來選擇一號數(shù)據(jù)庫
# 注意：由于默認(rèn)使用0號數(shù)據(jù)庫，那么我們所做的所有的緩存操作都存在0號數(shù)據(jù)庫上，
# 當(dāng)你在1號數(shù)據(jù)庫上去查找的時候，就查不到之前set過得緩存
# 若想將0號數(shù)據(jù)庫上的緩存移動到1號數(shù)據(jù)庫，可以使用"move key 1"
databases 16

memcached只是用了惰性刪除，而Redis同時使用了惰性刪除與定期刪除，這也是二者的一個不同點(diǎn)（可以看做是redis優(yōu)于memcached的一點(diǎn)）

對于惰性刪除而言，并不是只有獲取key的時候才會檢查key是否過期，在某些設(shè)置key的方法上也會檢查（eg.setnx key2 value2：該方法類似于memcached的add方法，如果設(shè)置的key2已經(jīng)存在，那么該方法返回false，什么都不做；如果設(shè)置的key2不存在，那么該方法設(shè)置緩存key2-value2。假設(shè)調(diào)用此方法的時候，發(fā)現(xiàn)redis中已經(jīng)存在了key2，但是該key2已經(jīng)過期了，如果此時不執(zhí)行刪除操作的話，setnx方法將會直接返回false，也就是說此時并沒有重新設(shè)置key2-value2成功，所以對于一定要在setnx執(zhí)行之前，對key2進(jìn)行過期檢查）

三、Redis采用的過期策略

惰性刪除+定期刪除

惰性刪除流程

  • 在進(jìn)行g(shù)et或setnx等操作時，先檢查key是否過期，若過期，
  • 刪除key，然后執(zhí)行相應(yīng)操作；
  • 若沒過期，直接執(zhí)行相應(yīng)操作

定期刪除流程（簡單而言，對指定個數(shù)個庫的每一個庫隨機(jī)刪除小于等于指定個數(shù)個過期key）

遍歷每個數(shù)據(jù)庫（就是redis.conf中配置的"database"數(shù)量，默認(rèn)為16）

檢查當(dāng)前庫中的指定個數(shù)個key（默認(rèn)是每個庫檢查20個key，注意相當(dāng)于該循環(huán)執(zhí)行20次，循環(huán)體時下邊的描述）

  • 如果當(dāng)前庫中沒有一個key設(shè)置了過期時間，直接執(zhí)行下一個庫的遍歷
  • 隨機(jī)獲取一個設(shè)置了過期時間的key，檢查該key是否過期，如果過期，刪除key
  • 判斷定期刪除操作是否已經(jīng)達(dá)到指定時長，若已經(jīng)達(dá)到，直接退出定期刪除。

四、RDB對過期key的處理

過期key對RDB沒有任何影響

從內(nèi)存數(shù)據(jù)庫持久化數(shù)據(jù)到RDB文件

  • 持久化key之前，會檢查是否過期，過期的key不進(jìn)入RDB文件

從RDB文件恢復(fù)數(shù)據(jù)到內(nèi)存數(shù)據(jù)庫

  • 數(shù)據(jù)載入數(shù)據(jù)庫之前，會對key先進(jìn)行過期檢查，如果過期，不導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫（主庫情況）

五、AOF對過期key的處理

過期key對AOF沒有任何影響

從內(nèi)存數(shù)據(jù)庫持久化數(shù)據(jù)到AOF文件：

  • 當(dāng)key過期后，還沒有被刪除，此時進(jìn)行執(zhí)行持久化操作（該key是不會進(jìn)入aof文件的，因?yàn)闆]有發(fā)生修改命令）
  • 當(dāng)key過期后，在發(fā)生刪除操作時，程序會向aof文件追加一條del命令（在將來的以aof文件恢復(fù)數(shù)據(jù)的時候該過期的鍵就會被刪掉）

AOF重寫

  • 重寫時，會先判斷key是否過期，已過期的key不會重寫到aof文件

到此這篇關(guān)于Redis數(shù)據(jù)過期策略的實(shí)現(xiàn)詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Redis數(shù)據(jù)過期策略內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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