在談Redis過期概念時(shí)，先拋出幾個(gè)問題：

• 1：Redis 給緩存數(shù)據(jù)設(shè)置過期時(shí)間？
• 2：Redis 是如何判斷數(shù)據(jù)是否過期的呢？
• 3：大量 key 集中過期怎么辦？

那么代入問題，根據(jù)概念思考這幾個(gè)問題吧

Redis有三種數(shù)據(jù)過期策略：定時(shí)刪除，惰性刪除，定期刪除

???一、過期策略

1、惰性刪除

當(dāng)讀/寫一個(gè)已經(jīng)過期的key時(shí)，會(huì)觸發(fā)惰性刪除策略，判斷key是否過期，如果過期了直接刪除掉這個(gè)key

簡(jiǎn)而言之：就是當(dāng)被讀寫的時(shí)候，再判斷是否過期再刪除

對(duì)于過期的key不作任何處理，當(dāng)獲取key時(shí)檢查key是否過期，過期就刪除，否則直接返回。

• 優(yōu)點(diǎn)：刪除key操作只在取出key時(shí)發(fā)生，只刪除當(dāng)前key，占用CPU少。
• 缺點(diǎn)：當(dāng)大量key超出過期時(shí)間后未被使用，會(huì)占用大量?jī)?nèi)存

2、定時(shí)刪除

由于惰性刪除策略無法保證冷數(shù)據(jù)被及時(shí)的刪掉，所以Redis會(huì)定期（默認(rèn)每100ms）主動(dòng)淘汰一批已過期的key，這里的一批只是部分過期的key，所以可能會(huì)出現(xiàn)部分key已經(jīng)過期但是還沒有被清理掉的情況，導(dǎo)致內(nèi)存沒有被及時(shí)釋放

簡(jiǎn)而言之：每隔一定時(shí)間刪除

在設(shè)置key的過期時(shí)間時(shí)設(shè)置定時(shí)器，當(dāng)key過期時(shí)通過定時(shí)器刪除key。

• 優(yōu)點(diǎn)：保證過期的key被及時(shí)刪除。
• 缺點(diǎn)：在key過多時(shí)，刪除key會(huì)占用cpu資源，對(duì)服務(wù)器的響應(yīng)時(shí)間和吞吐量造成影響。同時(shí)為每個(gè)key設(shè)置定時(shí)器有性能消耗

3、定期刪除

redis默認(rèn)每隔100ms就隨機(jī)抽取一些設(shè)置了過期時(shí)間的key，檢查其是否過期，如果有過期就刪除。注意這里是隨機(jī)抽取的。為什么要隨機(jī)呢？你想一想假如 redis 存了幾十萬個(gè) key ，每隔100ms就遍歷所有的設(shè)置過期時(shí)間的 key 的話，就會(huì)給 CPU 帶來很大的負(fù)載

簡(jiǎn)而言之：隨機(jī)每隔一定時(shí)間刪除

定時(shí)刪除和惰性刪除的這種方案，每隔一段時(shí)間檢查redis中過期的key，并通過限制刪除執(zhí)行的時(shí)長(zhǎng)和頻率。

• 優(yōu)點(diǎn)：刪除key時(shí)限制了刪除操作的時(shí)長(zhǎng)和頻率，減少了對(duì)CPU的影響。即使刪除了過期key，減少了內(nèi)存的占用。
• 缺點(diǎn)：如果定期刪除太頻繁，或者執(zhí)行時(shí)間太長(zhǎng)，會(huì)退化為定時(shí)刪除，占用CPU資源。如果刪除執(zhí)行時(shí)間太短，或者執(zhí)行頻率低，會(huì)退化為惰性刪除，出現(xiàn)內(nèi)存浪費(fèi)。

Redis使用的是定期刪除+惰性刪除的策略，在合理使用CPU和避免內(nèi)存浪費(fèi)之間平衡

定期刪除+惰性刪除存在的問題

如果某個(gè)key過期后，定期刪除沒刪除成功，然后也沒再次去請(qǐng)求key，也就是說惰性刪除也沒生效。這時(shí)，如果大量過期的key堆積在內(nèi)存中，redis的內(nèi)存會(huì)越來越高，導(dǎo)致redis的內(nèi)存塊耗盡。那么就應(yīng)該采用內(nèi)存淘汰機(jī)制

二、內(nèi)存淘汰機(jī)制

???1、內(nèi)存淘汰策略

Redis Key沒設(shè)置過期時(shí)間為什么被Redis主動(dòng)刪除了？

當(dāng)Redis已用內(nèi)存超過maxmemory限定時(shí)，就會(huì)觸發(fā)主動(dòng)清理策略

在 redis.conf 中有一行配置：

# maxmemory-policy noeviction

Redis的默認(rèn)淘汰策略是noeviction

執(zhí)行流程如下

主動(dòng)清理策略在Redis4.0之前一共實(shí)現(xiàn)了8種內(nèi)存淘汰策略

a）針對(duì)設(shè)置了過期時(shí)間的key做處理：

• 1、volatile-ttl：在設(shè)置了過期時(shí)間的鍵值對(duì)中，移除即將過期的鍵值對(duì)。
• 2、volatile-random：在設(shè)置了過期時(shí)間的鍵值對(duì)中，隨機(jī)移除某個(gè)鍵值對(duì)。
• 3、volatile-lru：在設(shè)置了過期時(shí)間的鍵值對(duì)中，移除最近最少使用的鍵值對(duì)。
• 4、volatile-lfu：在設(shè)置了過期時(shí)間的鍵值對(duì)中，移除最近最不頻繁使用的鍵值對(duì)

b）針對(duì)所有的key做處理：

• 5、allkeys-random：在所有鍵值對(duì)中，隨機(jī)移除某個(gè)key。
• 6、allkeys-lru：在所有的鍵值對(duì)中，移除最近最少使用的鍵值對(duì)。
• 7、allkeys-lfu：在所有的鍵值對(duì)中，移除最近最不頻繁使用的鍵值對(duì)

c）不處理：

• 8、noeviction：不進(jìn)行淘汰數(shù)據(jù)。不會(huì)刪除任何數(shù)據(jù)，拒絕所有寫入操作并返回客戶端錯(cuò)誤信息"(error) OOM command not allowed when used memory"，此時(shí)Redis只響應(yīng)讀操作

一旦緩存被寫滿，再有寫請(qǐng)求進(jìn)來，Redis就不再提供服務(wù)，而是直接返回錯(cuò)誤。Redis 用作緩存時(shí)，實(shí)際的數(shù)據(jù)集通常都是大于緩存容量的，總會(huì)有新的數(shù)據(jù)要寫入緩存，這個(gè)策略本身不淘汰數(shù)據(jù)，也就不會(huì)騰出新的緩存空間，我們不把它用在 Redis 緩存中

???2、內(nèi)存淘汰算法

從內(nèi)測(cè)淘汰策略分類上，我們可以得知，除了隨機(jī)刪除和不刪除之外，主要有兩種淘汰算法：LRU 算法和 LFU 算法

• LRU算法（Least Recently Used，最近最少使用）：淘汰很久沒被訪問過的數(shù)據(jù)，以最近一次訪問時(shí)間作為參考
• LFU算法（Least Frequently Used,最不經(jīng)常使用）：淘汰最近一段時(shí)間被訪問次數(shù)最少得數(shù)據(jù)，以次數(shù)作為參考

絕大多數(shù)情況，使用LRU算法，當(dāng)存在大量熱點(diǎn)緩存數(shù)據(jù)時(shí)，LFU可能更好點(diǎn)

三、Lazy-Free機(jī)制

Lazy-Free 特性是 Redis 4.0 開始引入的，指的是讓 Redis 采用異步方式延遲釋放 key 使用的內(nèi)存，將該操作交給單獨(dú)的子線程處理，避免阻塞主線程

目的是減少刪除鍵時(shí)對(duì)主線程的影響，從而提高 Redis 的整體性能。

Lazy Free 主要有兩種應(yīng)用場(chǎng)景：

• 主動(dòng)刪除：使用 UNLINK 命令代替 DEL 命令來刪除鍵。UNLINK 命令會(huì)在后臺(tái)異步地釋放內(nèi)存
• 被動(dòng)刪除：在某些情況下，如過期鍵的刪除或達(dá)到最大內(nèi)存限制時(shí)的緩存淘汰，Redis 會(huì)嘗試異步地釋放內(nèi)存。

Lazy Free 與緩存淘汰的關(guān)系

雖然 Lazy Free 不是緩存淘汰機(jī)制的一部分，但在緩存淘汰過程中，Lazy Free 可以用來優(yōu)化緩存淘汰操作的執(zhí)行方式，減少對(duì) Redis 性能的影響。具體來說：

1、減少主線程阻塞：

在緩存淘汰策略中，當(dāng) Redis 需要?jiǎng)h除鍵來釋放內(nèi)存時(shí)，使用 Lazy Free 可以減少主循環(huán)的阻塞時(shí)間。這是因?yàn)閯h除操作是在后臺(tái)線程中完成的，而不是立即執(zhí)行

2、提高性能：

Lazy Free 可以幫助提高 Redis 的性能，特別是在高負(fù)載的情況下，因?yàn)樗鼫p少了刪除操作對(duì)主線程的影響。

3、與緩存淘汰策略的交互：

當(dāng) Redis 需要根據(jù)緩存淘汰策略刪除鍵時(shí)，如果啟用了 Lazy Free，那么這些刪除操作可能會(huì)被異步執(zhí)行，這有助于減少對(duì)客戶端請(qǐng)求的延遲影響

例子：假設(shè) Redis 的緩存淘汰策略配置為 allkeys-lru，并且啟用了 Lazy Free

當(dāng) Redis 達(dá)到最大內(nèi)存限制時(shí)，它會(huì)根據(jù) LRU 策略選擇一些鍵來刪除。

如果這些鍵滿足 Lazy Free 的條件（例如，使用了 UNLINK 命令或配置了相應(yīng)的 Lazy Free 選項(xiàng)），那么這些鍵的刪除操作將在后臺(tái)異步執(zhí)行，而不是立即在主線程中執(zhí)行

也就是說如果沒有Lazy Free，執(zhí)行緩存淘汰策略時(shí)，刪除鍵的操作將會(huì)同步執(zhí)行，可能會(huì)阻塞主線程，影響其他客戶端的請(qǐng)求

四、相關(guān)問題

好了，來解決上面拋出的問題

1：Redis 給緩存數(shù)據(jù)設(shè)置過期時(shí)間？

（1）Redis的內(nèi)存是有限的

• 如果不對(duì)緩存數(shù)據(jù)設(shè)置過期時(shí)間，那內(nèi)存占用就會(huì)一直增長(zhǎng)，最終可能會(huì)導(dǎo)致 OOM 問題。
• 通過設(shè)置合理的過期時(shí)間，Redis 會(huì)自動(dòng)刪除暫時(shí)不需要的數(shù)據(jù)，為新的緩存數(shù)據(jù)騰出空間

（2）某些業(yè)務(wù)場(chǎng)景需要某些數(shù)據(jù)在一段時(shí)間后過期

• 比如我們的短信驗(yàn)證碼可能只在 1 分鐘內(nèi)有效，用戶登錄的 Token 可能只在 1 天內(nèi)有效
• 如果使用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫來處理的話，一般都是自己判斷過期，這樣更麻煩并且性能要差很多

2：Redis 是如何判斷數(shù)據(jù)是否過期的呢？

• Redis 通過一個(gè)叫做過期字典（可以看作是 hash 表）來保存數(shù)據(jù)過期的時(shí)間。過期字典的鍵指向 Redis 數(shù)據(jù)庫中的某個(gè) key(鍵)
• 過期字典的值是一個(gè) long類型的整數(shù)，這個(gè)整數(shù)保存了 key 所指向的數(shù)據(jù)庫鍵的過期時(shí)間（毫秒精度的 UNIX 時(shí)間戳）
• 在查詢一個(gè) key 的時(shí)候，Redis 首先檢查該 key 是否存在于過期字典中（時(shí)間復(fù)雜度為 O(1)），如果不在就直接返回，在的話需要判斷一下這個(gè) key 是否過期，過期直接刪除 key 然后返回 null。

3：大量 key 集中過期怎么辦？

如果存在大量 key 集中過期的問題，可能會(huì)使 Redis 的請(qǐng)求延遲變高?？梢圆捎孟旅娴目蛇x方案來應(yīng)對(duì)：

• 盡量避免 key 集中過期，在設(shè)置鍵的過期時(shí)間時(shí)盡量隨機(jī)一點(diǎn)。
• 對(duì)過期的 key 開啟 lazyfree 機(jī)制（修改 redis.conf 中的 lazyfree-lazy-expire參數(shù)即可），這樣會(huì)在后臺(tái)異步刪除過期的 key，不會(huì)阻塞主線程的運(yùn)行。

總結(jié)

以上為個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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