在談Redis過期概念時，先拋出幾個問題：

• 1：Redis 給緩存數(shù)據(jù)設(shè)置過期時間？
• 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)概念思考這幾個問題吧

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

???一、過期策略

1、惰性刪除

當(dāng)讀/寫一個已經(jīng)過期的key時，會觸發(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key

簡而言之：就是當(dāng)被讀寫的時候，再判斷是否過期再刪除

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

• 優(yōu)點：刪除key操作只在取出key時發(fā)生，只刪除當(dāng)前key，占用CPU少。
• 缺點：當(dāng)大量key超出過期時間后未被使用，會占用大量內(nèi)存

2、定時刪除

由于惰性刪除策略無法保證冷數(shù)據(jù)被及時的刪掉，所以Redis會定期（默認每100ms）主動淘汰一批已過期的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)存沒有被及時釋放

簡而言之：每隔一定時間刪除

在設(shè)置key的過期時間時設(shè)置定時器，當(dāng)key過期時通過定時器刪除key。

• 優(yōu)點：保證過期的key被及時刪除。
• 缺點：在key過多時，刪除key會占用cpu資源，對服務(wù)器的響應(yīng)時間和吞吐量造成影響。同時為每個key設(shè)置定時器有性能消耗

3、定期刪除

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

簡而言之：隨機每隔一定時間刪除

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

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

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)存浪費之間平衡

定期刪除+惰性刪除存在的問題

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

二、內(nèi)存淘汰機制

???1、內(nèi)存淘汰策略

Redis Key沒設(shè)置過期時間為什么被Redis主動刪除了？

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

在 redis.conf 中有一行配置：

# maxmemory-policy noeviction

Redis的默認淘汰策略是noeviction

執(zhí)行流程如下

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

a）針對設(shè)置了過期時間的key做處理：

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

b）針對所有的key做處理：

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

c）不處理：

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

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

???2、內(nèi)存淘汰算法

從內(nèi)測淘汰策略分類上，我們可以得知，除了隨機刪除和不刪除之外，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)存在大量熱點緩存數(shù)據(jù)時，LFU可能更好點

三、Lazy-Free機制

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，將該操作交給單獨的子線程處理，避免阻塞主線程

目的是減少刪除鍵時對主線程的影響，從而提高 Redis 的整體性能。

Lazy Free 主要有兩種應(yīng)用場景：

• 主動刪除：使用 UNLINK 命令代替 DEL 命令來刪除鍵。UNLINK 命令會在后臺異步地釋放內(nèi)存
• 被動刪除：在某些情況下，如過期鍵的刪除或達到最大內(nèi)存限制時的緩存淘汰，Redis 會嘗試異步地釋放內(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 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 需要刪除鍵來釋放內(nèi)存時，使用 Lazy Free 可以減少主循環(huán)的阻塞時間。這是因為刪除操作是在后臺線程中完成的，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，特別是在高負載的情況下，因為它減少了刪除操作對主線程的影響。

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，如果啟用了 Lazy Free，那么這些刪除操作可能會被異步執(zhí)行，這有助于減少對客戶端請求的延遲影響

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 達到最大內(nèi)存限制時，它會根據(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），那么這些鍵的刪除操作將在后臺異步執(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，刪除鍵的操作將會同步執(zhí)行，可能會阻塞主線程，影響其他客戶端的請求

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)置過期時間？

（1）Redis的內(nèi)存是有限的

• 如果不對緩存數(shù)據(jù)設(shè)置過期時間，那內(nèi)存占用就會一直增長，最終可能會導(dǎo)致 OOM 問題。
• 通過設(shè)置合理的過期時間，Redis 會自動刪除暫時不需要的數(shù)據(jù)，為新的緩存數(shù)據(jù)騰出空間

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

• 比如我們的短信驗證碼可能只在 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 通過一個叫做過期字典（可以看作是 hash 表）來保存數(shù)據(jù)過期的時間。過期字典的鍵指向 Redis 數(shù)據(jù)庫中的某個 key(鍵)
• 過期字典的值是一個 long類型的整數(shù)，這個整數(shù)保存了 key 所指向的數(shù)據(jù)庫鍵的過期時間（毫秒精度的 UNIX 時間戳）
• 在查詢一個 key 的時候，Redis 首先檢查該 key 是否存在于過期字典中（時間復(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 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，可能會使 Redis 的請求延遲變高?？梢圆捎孟旅娴目蛇x方案來應(yīng)對：

• 盡量避免 key 集中過期，在設(shè)置鍵的過期時間時盡量隨機一點。
• 對過期的 key 開啟 lazyfree 機制（修改 redis.conf 中的 lazyfree-lazy-expire參數(shù)即可），這樣會在后臺異步刪除過期的 key，不會阻塞主線程的運行。

總結(jié)

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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