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(dòng)過期」、「主動(dòng)過期」和「內(nèi)存淘汰」三個(gè)機(jī)制。其中「內(nèi)存淘汰」相關(guān)內(nèi)容已經(jīng)在上一篇「Redis內(nèi)存淘汰策略」中進(jìn)行了詳細(xì)的講解，有信興趣的同學(xué)可以在回顧上一篇文章。本文將著重講解Redis的Key過期策略，從實(shí)現(xiàn)原理、工作流程到最佳實(shí)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(jī)制：定時(shí)刪除、惰性刪除和定期刪除。
?下面將分別對這三種key過期機(jī)制進(jìn)行實(shí)現(xiàn)原理、優(yōu)缺點(diǎn)、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(shí)刪除

?實(shí)現(xiàn)原理：
??在設(shè)置key的過期時(shí)間的同時(shí)，為該key創(chuàng)建一個(gè)定時(shí)器，讓定時(shí)器在key過期時(shí)間來臨時(shí)，對key進(jìn)行刪除。
?優(yōu)點(diǎn)：
??1. 內(nèi)存友好，可以及時(shí)清除過期的數(shù)據(jù)
?缺點(diǎn)：
??1. 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(shí)間和吞吐量。
??2. 定時(shí)器的創(chuàng)建耗時(shí)，若為每一個(gè)設(shè)置過期時(shí)間key創(chuàng)建一個(gè)定時(shí)器（將會產(chǎn)生大量的定時(shí)器），性能影響嚴(yán)重。
??3. Redis未采用此策略。

惰性刪除

?實(shí)現(xiàn)原理：
??只有當(dāng)訪問key時(shí)，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(diǎn)：
??1. cpu友好，零額外開銷
??2. 刪除操作精準(zhǔn)
?缺點(diǎn)：
??1.內(nèi)存泄漏風(fēng)險(xiǎn)：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(shí)現(xiàn)原理：
?每隔一定時(shí)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(jī)制
??1. 周期性執(zhí)行activeExpireCycle()
??2. 隨機(jī)抽取部分過期字典中的Key檢查
??3. 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(jī)檢查20個(gè)Key
    for i in range(20):
        key = random.choice(expires_dict)
        if key.expire_time < now:
            delete_key(key)
    # 動(dòng)態(tài)退出條件
    if checked_keys < 20*25%:  # 過期率<25%則退出
        break

?優(yōu)點(diǎn)：
??1.該策略是前兩者的一個(gè)折中方案，通過調(diào)整定時(shí)掃描的時(shí)間間隔和每次掃描的限定耗時(shí)，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。
??2.通過限制刪除的時(shí)長和頻率，來減少刪除操作對cpu時(shí)間的占用 --- 解決「定時(shí)刪除」的缺點(diǎn)
??3.定期刪除過期key --- 解決「惰性刪除」的缺點(diǎn)

?缺點(diǎn)：
??1.在內(nèi)存友好方面，不如「定時(shí)刪除」。
??2.在cpu時(shí)間友好方面，不如「惰性刪除」。

?難點(diǎn)：
??1.合理設(shè)置操作的執(zhí)行時(shí)長（每次刪除執(zhí)行多長時(shí)間）和執(zhí)行頻率（每隔多久時(shí)間做一次刪除），這個(gè)需要各個(gè)業(yè)務(wù)場景根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行動(dòng)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)

混合策略架構(gòu).png

「惰性刪除」 + 「定期刪除」策略

?惰性刪除流程
??1.在進(jìn)行g(shù)et或setnx等操作時(shí)，先檢查key是否過期。
??2.若過期，則刪除key，然后執(zhí)行相應(yīng)操作。
??3.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(gè)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(gè)數(shù)key（默認(rèn)是每個(gè)庫檢查20個(gè)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(gè)key設(shè)置了過期時(shí)間，直接執(zhí)行下一個(gè)庫的遍歷。
???b. 隨機(jī)獲取一個(gè)設(shè)置了過期時(shí)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(shí)長，若達(dá)到，則退出定期刪除。
?注意事項(xiàng)
??定期刪除，在程序中有一個(gè)全局變量current_db來記錄下一個(gè)將要便利的庫。假設(shè)有16個(gè)庫，這一次定期刪除遍歷了10個(gè)，那此時(shí)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(diǎn)
??a. 生成RDB快照時(shí)會主動(dòng)過濾已過期的Key。
??b. 僅持久化未過期的Key-value對。
?從節(jié)點(diǎn)
??a. 即使接收到的RDB文件包含未實(shí)際過期的Key。
??b. 加載時(shí)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(gè)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(shí)
??a. 重寫時(shí)，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(shí)間（PEXPIREAT）
??b. 但實(shí)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(jī)制：
??a. 主節(jié)點(diǎn)過期后會向從節(jié)點(diǎn)傳播DEL命令
??b. 從節(jié)點(diǎn)不會主動(dòng)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(xiǎn)

?場景：
??1. Key在主節(jié)點(diǎn)過期但尚未同步到從節(jié)點(diǎn)
??2. 此時(shí)主節(jié)點(diǎn)宕機(jī)，從節(jié)點(diǎn)晉升后：
??3. RDB加載：會重新檢查過期
??4. AOF回放：依賴記錄的DEL命令

總結(jié)對比表