概述

Redis的Key過期策略是其內(nèi)存管理系統(tǒng)的核心組成部分，主要包括「被動過期」、「主動過期」和「內(nèi)存淘汰」三個機制。

本文將著重講解Redis的Key過期策略，從實現(xiàn)原理、工作流程到最佳實踐進(jìn)行全面解析。

Redis Key過期策略

Redis采用多策略組合的方式管理Key過期，主要包括三種機制：定時刪除、惰性刪除和定期刪除。

下面將分別對這三種key過期機制進(jìn)行實現(xiàn)原理、優(yōu)缺點、Redis采用的策略、以及RDB/AOF對不同過期策略的處理上的講解。

定時刪除

實現(xiàn)原理：  

• 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過期時間來臨時，對key進(jìn)行刪除。

優(yōu)點： 

• 內(nèi)存友好，可以及時清除過期的數(shù)據(jù)

缺點：  

• cpu不友好，會占用大量cpu資源去處理過期的數(shù)據(jù)，從而影響緩存的響應(yīng)時間和吞吐量。  
• 定時器的創(chuàng)建耗時，若為每一個設(shè)置過期時間key創(chuàng)建一個定時器（將會產(chǎn)生大量的定時器），性能影響嚴(yán)重。  
• Redis未采用此策略。

惰性刪除

實現(xiàn)原理：  

• 只有當(dāng)訪問key時，才會判斷該key是否已經(jīng)是過期（觸發(fā)expireIfNeeded()檢查），過期則清除。  

優(yōu)點：  

• cpu友好，零額外開銷  
• 刪除操作精準(zhǔn) 

缺點：  

• 內(nèi)存泄漏風(fēng)險：不訪問的過期Key永遠(yuǎn)存在。
• 極端情況下可能會出現(xiàn)大量過期key沒有再被訪問，從而不會被刪除，占用大量無效內(nèi)存。

定期刪除

實現(xiàn)原理：  

每隔一定時間，掃描一定數(shù)量在數(shù)據(jù)庫中expires字典（過期字典）中一定數(shù)量的key，并清除其中已過期的key。

工作機制  

• 周期性執(zhí)行activeExpireCycle()  
• 隨機抽取部分過期字典中的Key檢查  
• 采用自適應(yīng)算法控制CPU消耗

核心算法：

def activeExpireCycle():
   while True:
    # 每次隨機檢查20個Key
    for i in range(20):
        key = random.choice(expires_dict)
        if key.expire_time < now:
            delete_key(key)
    # 動態(tài)退出條件
    if checked_keys < 20*25%:  # 過期率<25%則退出
        break

優(yōu)點：  

• 該策略是前兩者的一個折中方案，通過調(diào)整定時掃描的時間間隔和每次掃描的限定耗時，可以在不同情況下使得cpu和內(nèi)存資源達(dá)到最優(yōu)的平衡效果。  
• 通過限制刪除的時長和頻率，來減少刪除操作對cpu時間的占用 — 解決「定時刪除」的缺點  
• 定期刪除過期key — 解決「惰性刪除」的缺點

缺點：  

• 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：  

• 合理設(shè)置操作的執(zhí)行時長（每次刪除執(zhí)行多長時間）和執(zhí)行頻率（每隔多久時間做一次刪除），這個需要各個業(yè)務(wù)場景根據(jù)實際情況進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。

Redis采用的策略

Redis采用**「惰性刪除」** + **「定期刪除」**的混合策略

• 混合策略架構(gòu)

「惰性刪除」 + 「定期刪除」策略

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，則刪除key，然后執(zhí)行相應(yīng)操作。  
• 若沒過期，則直接執(zhí)行相應(yīng)操作。

定期刪除流程

1.遍歷每個數(shù)據(jù)庫（即redis.conf中配置的“database”數(shù)量，默認(rèn)為16）。  

2.檢查當(dāng)前庫中指定個數(shù)key（默認(rèn)是每個庫檢查20個key，相當(dāng)于循環(huán)執(zhí)行20次）。   

• a. 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。   
• b. 隨機獲取一個設(shè)置了過期時間的key，檢查key是否過期，如過期，刪除key。   
• c. 判斷定期刪除操作是否已經(jīng)達(dá)到指定時長，若達(dá)到，則退出定期刪除。 

注意事項

• 定期刪除，在程序中有一個全局變量current_db來記錄下一個將要便利的庫。
• 假設(shè)有16個庫，這一次定期刪除遍歷了10個，那此時的current_db就是11，下一次定期刪除就從第 11庫開始遍歷。

持久化對過期策略的處理

RDB對過期策略的處理

說明：過期key對RDB沒有影響 

原理：  

1.從內(nèi)存持久化數(shù)據(jù)到RDB文件 

主節(jié)點  

• a. 生成RDB快照時會主動過濾已過期的Key。  
• b. 僅持久化未過期的Key-value對。 

從節(jié)點  

• a. 即使接收到的RDB文件包含未實際過期的Key。  
• b. 加載時仍會執(zhí)行過期檢查（雙重保障）。

關(guān)鍵源碼

// rdb.c 源碼關(guān)鍵邏輯
int rdbSaveKeyValuePair(rio *rdb, robj *key, robj *val, long long expiretime) {
    if (expiretime != -1 && expiretime < mstime()) {
        return 0; // 跳過已過期的Key
    }
    // 保存未過期的Key...
}

2.從RDB文件恢復(fù)數(shù)據(jù)到內(nèi)存 

全量加載流程：  

• a. 清空當(dāng)前數(shù)據(jù)庫  
• b. 解析RDB文件內(nèi)容  
• c. 對每個Key執(zhí)行expireIfNeeded()檢查  
• c. 僅加載未過期的Key

AOF對過期策略的處理

說明：過期key對AOF沒有影響 

原理： 

1.從內(nèi)存持久化數(shù)據(jù)到AOF文件

正常AOF追加模式  

• a. AOF會將對應(yīng)Key的操作一并寫入文件中

AOF重寫時  

• a. 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

與RDB的區(qū)別  

• a. 仍會記錄Key的過期時間（PEXPIREAT）  
• b. 但實際數(shù)據(jù)只有未過期Key會被寫入

復(fù)制場景下的特殊處理

主從復(fù)制流程

關(guān)鍵機制：  

• a. 主節(jié)點過期后會向從節(jié)點傳播DEL命令  
• b. 從節(jié)點不會主動刪除Key（即使已過期）  
• c. 3.2+版本引入replica-ignore-expire配置（默認(rèn)關(guān)閉）

數(shù)據(jù)一致性風(fēng)險

場景：  

• Key在主節(jié)點過期但尚未同步到從節(jié)點  
• 此時主節(jié)點宕機，從節(jié)點晉升后：  
• RDB加載：會重新檢查過期  
• AOF回放：依賴記錄的DEL命令

總結(jié)對比表

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

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