Redis 過期鍵刪除策略的實現(xiàn)示例

更新時間：2024年03月19日 09:14:58 作者：lordky

Redis的過期數(shù)據(jù)刪除策略主要有三種,包括定時刪除、惰性刪除和定期刪除,本文主要介紹了Redis 過期鍵刪除策略的實現(xiàn)示例,具有一定的參考價值,感興趣的可以了解一下

（一）關于鍵的過期時間或生存時間

我們知道，Redis數(shù)據(jù)庫是基于內(nèi)存的，但是如果一些不用的鍵在內(nèi)存中一直存在，那么久而久之，就有可能會發(fā)生oom的情況。所以，redis數(shù)據(jù)庫提供了常用的EXPIRE命令或者PEXPIRE命令，用戶可以使用這兩個命令以秒或者毫秒為精度為數(shù)據(jù)庫中的某個鍵設置生存時間。在經(jīng)過指定的時間后，redis服務器就會自動刪除生存時間為0的鍵。

可以設置鍵的生存時間的命令如下：

EXPIRE <key> <ttl>
該命令用于將鍵Key的生存時間設置為ttl秒
PEXPIRE <key> <ttl>
該命令用于將鍵Key的生存時間設置為ttl毫秒
EXPIREAT <key> <timstamp>
該命令用于將鍵Key的生存時間設置為timstamp所指定的秒數(shù)時間戳
PEXPIREAT <key> <timstamp>
該命令用于將鍵Key的生存時間設置為timstamp所指定的毫秒數(shù)時間戳。

雖然有四種不同的命令用于指定過期時間，但是實際上，無論使用哪一種命令，最終都會轉(zhuǎn)換為PEXPIREAT命令來執(zhí)行

那么，redis是如何存儲過期時間的呢？

typedef struct redisDb {
    dict *dict;                 /* The keyspace for this DB */
    dict *expires;              /* Timeout of keys with a timeout set */
    dict *blocking_keys;        /* Keys with clients waiting for data (BLPOP)*/
    dict *ready_keys;           /* Blocked keys that received a PUSH */
    dict *watched_keys;         /* WATCHED keys for MULTI/EXEC CAS */
    int id;                     /* Database ID */
    long long avg_ttl;          /* Average TTL, just for stats */
    unsigned long expires_cursor; /* Cursor of the active expire cycle. */
    list *defrag_later;         /* List of key names to attempt to defrag one by one, gradually. */
} redisDb;

我們可以通過以上源碼看出，redisDb結(jié)構(gòu)的expires這個字典保存了數(shù)據(jù)庫中所有的過期時間，我們叫這個字典為過期字典。

每當我們?yōu)橐粋€數(shù)據(jù)庫的某一個鍵添加過期時間就會在該字典中添加一個鍵值對，鍵為這個需要添加過期時間的鍵，值為過期時間的時間戳。相反，如果刪除一個鍵的過期時間，也會相應的操作這個字典，刪除該鍵對應的過期時間鍵值對。如圖所示：

在這里插入圖片描述

（二）過期刪除策略

我們知道了，redis數(shù)據(jù)庫如何設置，如何存儲過期時間。那么這現(xiàn)在的問題是，如果一個鍵過期了，那么什么時候被刪除呢？

關于這個問題，可以實現(xiàn)的有一下三種方案（redis只采用了其中兩種）：

定時刪除
設置鍵的過期時間的同時，創(chuàng)建一個定時器，讓定時器在鍵過期時間來臨時，立即執(zhí)行對鍵的刪除操作
惰性刪除
放任過期不管，但是每次從鍵空間中獲取值的時候，檢查取得的鍵是否過期，如果過期的話，就刪除該鍵；如果沒有過期，就返回該鍵
定期刪除
每隔一段時間，程序就對數(shù)據(jù)庫進行一次檢查，刪除里面的過期鍵，至于要刪除多少個過期鍵，以及要檢查多少個數(shù)據(jù)庫則由算法決定。

下面我們來瞅瞅這三種策略的優(yōu)缺點：

1.定時刪除

優(yōu)點：

這種刪除策略對于內(nèi)存來說是友好的，因為這種刪除方式可以保證過期的鍵盡可能快的被刪除掉，并釋放過期鍵所占用的內(nèi)存

缺點：

1.這種刪除策略對CPU時間不友好，在過期鍵比較多的情況下，刪除過期鍵這一行為可能會占用相當一部分的CPU時間，在內(nèi)存不緊張的但是CPU時間緊張的情況下，這無疑會對服務器的響應時間和吞吐量造成影響。

2.創(chuàng)建一個定時器需要用到redis服務器中的時間時間，而當前時間時間的實現(xiàn)方式為無序鏈表，查找一個事件的時間復雜度為O(N)，所以說，如果采用這種策略，并不能高效的處理大量的時間事件。

2.惰性刪除

優(yōu)點

這種刪除策略對于CPU來說是友好的，程序只會在取出鍵的時候才會對鍵進行過期檢查，這樣可以保證對鍵的刪除操作僅限于當前處理的鍵，這個策略不會在刪除其他過期的鍵上花費任何的時間

缺點

顯而易見的，這種刪除策略對于內(nèi)存來說是十分不友好的。因為如果大量的過期鍵，長期不使用的情況下，就會造成大量的內(nèi)存被無效的鍵占用。我們甚至可以將這中情況看作是內(nèi)存泄露

3.定期刪除

針對定期刪除來說，這種策略實際上是定時刪除和惰性刪除這兩種策略的折中和整合。定期刪除策略每隔一段時間執(zhí)行一次刪除過期鍵操作，并通過限制刪除操作執(zhí)行時長和頻率來減少刪除操作對CPU時間的影響。除此之外，通過定期刪除過期鍵，定期刪除策略有效的減少了因為過期鍵而帶來的內(nèi)存浪費。

當然，這種策略的難點就在于如何確定刪除的時長和頻率。比如，如果設定的刪除太頻繁或者執(zhí)行刪除的時間太長，就直接回退化為定時刪除。如果刪除的頻率過低或者指定的時間太短，定期刪除又會和惰性刪除一樣，造成內(nèi)存浪費的情況。

（三）Redis采用的過期鍵刪除策略

Redis數(shù)據(jù)庫實際上采用了兩種刪除策略：定期刪除和惰性刪除。通過這兩種刪除策略的配合使用，服務器可以很好的在合理使用CPU時間和避免內(nèi)存空間浪費之間取得平衡。

那么，Redis數(shù)據(jù)庫是如何實現(xiàn)這兩種刪除策略的呢？

惰性刪除策略的實現(xiàn)：

過期鍵的刪除策略由expireIfNeeded函數(shù)實現(xiàn)，所有讀寫數(shù)據(jù)庫的Redis命令都會在執(zhí)行錢調(diào)用該函數(shù)進行檢查。

int expireIfNeeded(redisDb *db, robj *key) {
    if (!keyIsExpired(db,key)) return 0;
    if (server.masterhost != NULL) return 1;
    /* Delete the key */
    server.stat_expiredkeys++;
    propagateExpire(db,key,server.lazyfree_lazy_expire);
    
    notifyKeyspaceEvent(NOTIFY_EXPIRED,
        "expired",key,db->id);
        
    int retval = server.lazyfree_lazy_expire ? dbAsyncDelete(db,key) :
                                               dbSyncDelete(db,key);
    if (retval) signalModifiedKey(NULL,db,key);
    return retval;
}

我們可以看出，如果輸入鍵已經(jīng)過期，那么expireIfNeed函數(shù)將輸入鍵從數(shù)據(jù)庫刪除。如果輸入鍵沒有過期，則不會做其他動作。所以，每個命令的實現(xiàn)函數(shù)都必須能同時處理鍵存在和不存在兩種情況。

定期刪除策略的實現(xiàn)

該策略由activeExpireCycle函數(shù)實現(xiàn)，每當服務器周期性的操作serverCron函數(shù)執(zhí)行的時候，activeExpireCycle函數(shù)就會被調(diào)用，在規(guī)定的時間內(nèi)，分多次遍歷服務器中的各個數(shù)據(jù)庫，從數(shù)據(jù)庫的expires字典中隨你檢查一部分的過期時間，并刪除其中的過期鍵。具體代碼實現(xiàn)由于太多，有感興趣可以去看一下，redis6在expire.c中，redis3在redis.c中。