（一）關(guān)于鍵的過期時(shí)間或生存時(shí)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(gè)命令以秒或者毫秒為精度為數(shù)據(jù)庫中的某個(gè)鍵設(shè)置生存時(shí)間。在經(jīng)過指定的時(shí)間后，redis服務(wù)器就會自動刪除生存時(shí)間為0的鍵。

可以設(shè)置鍵的生存時(shí)間的命令如下：

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

雖然有四種不同的命令用于指定過期時(shí)間，但是實(shí)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(shí)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(gè)字典保存了數(shù)據(jù)庫中所有的過期時(shí)間，我們叫這個(gè)字典為過期字典。

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

（二）過期刪除策略

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

關(guān)于這個(gè)問題，可以實(shí)現(xiàn)的有一下三種方案（redis只采用了其中兩種）：

• 定時(shí)刪除
  設(shè)置鍵的過期時(shí)間的同時(shí)，創(chuàng)建一個(gè)定時(shí)器，讓定時(shí)器在鍵過期時(shí)間來臨時(shí)，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(shí)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(shí)間，程序就對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行一次檢查，刪除里面的過期鍵，至于要刪除多少個(gè)過期鍵，以及要檢查多少個(gè)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(diǎn)：

1.定時(shí)刪除

優(yōu)點(diǎn)：

這種刪除策略對于內(nèi)存來說是友好的，因?yàn)檫@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(diǎn)：

1.這種刪除策略對CPU時(shí)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(dāng)一部分的CPU時(shí)間，在內(nèi)存不緊張的但是CPU時(shí)間緊張的情況下，這無疑會對服務(wù)器的響應(yīng)時(shí)間和吞吐量造成影響。

2.創(chuàng)建一個(gè)定時(shí)器需要用到redis服務(wù)器中的時(shí)間時(shí)間，而當(dāng)前時(shí)間時(shí)間的實(shí)現(xiàn)方式為無序鏈表，查找一個(gè)事件的時(shí)間復(fù)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(shí)間事件。

2.惰性刪除

優(yōu)點(diǎn)

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(shí)候才會對鍵進(jìn)行過期檢查，這樣可以保證對鍵的刪除操作僅限于當(dāng)前處理的鍵，這個(gè)策略不會在刪除其他過期的鍵上花費(fèi)任何的時(shí)間

缺點(diǎn)

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?yàn)槿绻罅康倪^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(shí)際上是定時(shí)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(shí)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(shí)長和頻率來減少刪除操作對CPU時(shí)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?yàn)檫^期鍵而帶來的內(nèi)存浪費(fèi)。

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

（三）Redis采用的過期鍵刪除策略

Redis數(shù)據(jù)庫實(shí)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(wù)器可以很好的在合理使用CPU時(shí)間和避免內(nèi)存空間浪費(fèi)之間取得平衡。

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

惰性刪除策略的實(shí)現(xiàn)：

過期鍵的刪除策略由expireIfNeeded函數(shù)實(shí)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(jìn)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(gè)命令的實(shí)現(xiàn)函數(shù)都必須能同時(shí)處理鍵存在和不存在兩種情況。

定期刪除策略的實(shí)現(xiàn)

該策略由activeExpireCycle函數(shù)實(shí)現(xiàn)，每當(dāng)服務(wù)器周期性的操作serverCron函數(shù)執(zhí)行的時(shí)候，activeExpireCycle函數(shù)就會被調(diào)用，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，分多次遍歷服務(wù)器中的各個(gè)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(shí)間，并刪除其中的過期鍵。具體代碼實(shí)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。

（四）關(guān)于AOF、RDB對過期鍵的處理

1.生成RDB文件

在執(zhí)行SAVE或者BGSAVE命令創(chuàng)建一個(gè)新的RDB文件的時(shí)候，程序會對數(shù)據(jù)庫中的過期鍵進(jìn)行檢查，過期的鍵不會被保存到新創(chuàng)建的RDB文件中。

2.載入RDB文件

載入的時(shí)候分為兩種情況

(1)服務(wù)器以主服務(wù)器運(yùn)行。

當(dāng)服務(wù)器以主服務(wù)器運(yùn)行的時(shí)候，會對文件中保存的鍵進(jìn)行檢查，未過期的鍵會被載入到數(shù)據(jù)庫中，而過期的鍵則會被忽略，所以過期鍵對載入RDB文件的主服務(wù)器不會造成影響。

(2)服務(wù)器以從服務(wù)器運(yùn)行。

當(dāng)服務(wù)器以從服務(wù)器運(yùn)行的時(shí)候，會將文件中保存的所有鍵進(jìn)行保存，不論是否過期。但是由于主從服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)同步的時(shí)候，從服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫就會被清空，所以一般來講，過期鍵載入RDB文件的從高服務(wù)器也不會造成影響

3.AOF文件的寫入

當(dāng)數(shù)據(jù)庫中某個(gè)鍵已經(jīng)過期，但是它還沒有被惰性刪除或者定期刪除，那么AOF文件不會因?yàn)檫@個(gè)過期鍵而產(chǎn)生任何影響。當(dāng)過期鍵被惰性刪除或者定期刪除之后，程序會向AOF文件追加一條DEL命令進(jìn)行顯示的刪除。

4.AOF文件的重寫：

重寫的時(shí)候程序會對數(shù)據(jù)庫中的鍵進(jìn)行檢查，已過期的鍵不會被保存到重寫后的AOF文件中

這里有一個(gè)有意思的東西，當(dāng)服務(wù)器運(yùn)行在主從復(fù)制模式下的時(shí)候，從服務(wù)器的過期鍵刪除動作是由主服務(wù)器控制的。

主服務(wù)器在刪除一個(gè)過期鍵后，會顯示的向所有從服務(wù)器發(fā)送一個(gè)DEL命令，命令從服務(wù)器刪除這個(gè)鍵；

從服務(wù)器在執(zhí)行客戶端發(fā)送的命令的時(shí)候，即使遇到過期的鍵也不會將過期的鍵進(jìn)行刪除，是繼續(xù)像處理未過期的鍵一樣來處理過期鍵；

從服務(wù)器只有在接到主服務(wù)器發(fā)送來的DEL命令的時(shí)候才會刪除過期鍵。

到此這篇關(guān)于Redis 過期鍵刪除策略的實(shí)現(xiàn)示例的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Redis 過期鍵刪除內(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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