Redis过期键删除策略及原理

Posted 2023-05-09

参考技术A 通过EXPIRE命令或者PEXPIRE命令，客户端可以以秒或者毫秒精度对库中的键设置生存时间（Time To Live，TTL）
SETNX可以在设置一个字符串键的同时设置过期时间。
TTL/ PTTL key 返回当前键的剩余时间

这也就是常用的，分布式锁的基本实现方式。

首先是明确：过期时间，存储在redisDB结构的expires字典里。这个字典称之为过期字典。
字典的键是一个指针，指向键空间里的某个键对象。
字典的值是一个long的整数，保存过期时间的毫米级unix时间戳。

redis过期策略和内存淘汰机制

目录

• 常见的删除策略
• redis使用的过期策略:定期删除+惰性删除
  • 定期删除
  • 惰性删除
  • 为什么要采用定期删除+惰性删除2种策略呢？
• redis内存淘汰机制

常见的删除策略

1.定时删除：在设置键的过期时间的同时，创建一个timer，让定时器在键的过期时间到达时，立即执行对键的删除操作。（主动删除）

对内存友好，但是对cpu时间不友好，有较多过期键的而情况下，删除过期键会占用相当一部分cpu时间。

2.惰性删除：放任过期键不管，但是每次从键空间中获取键时，都检查取到的键是否过去，如果过期就删除，如果没过期就返回该键。（被动删除）

对cpu时间友好，程序只会在取出键的时候才会对键进行过期检查，这不会在删除其他无关过期键上花费任何cpu时间，但是如果一个键已经过期，而这个键又保留在数据库中，那么只要这个过期键不被删除，他所占用的内存就不会释放，对内存不友好。

3.定期删除：每隔一段时间就对数据库进行一次检查，删除里面的过期键。（主动删除）

采用对内存和cpu时间折中的方法，每个一段时间执行一次删除过期键操作，并通过限制操作执行的时长和频率来减少对cpu时间的影响。难点在于，选择一个好的策略来设置删除操作的时长和执行频率。

redis使用的过期策略:定期删除+惰性删除

定期删除

redis 会将每个设置了过期时间的 key 放入到一个独立的字典中，以后会定期遍历这个字典来删除到期的 key。

Redis 默认会每秒进行十次过期扫描（100ms一次），过期扫描不会遍历过期字典中所有的 key，而是采用了一种简单的贪心策略。

• 从过期字典中随机 20 个 key；
• 删除这 20 个 key 中已经过期的 key；
• 如果过期的 key 比率超过 1/4，那就重复步骤 1；

redis默认是每隔 100ms就随机抽取一些设置了过期时间的key，检查其是否过期，如果过期就删除。注意这里是随机抽取的。为什么要随机呢？你想一想假如 redis 存了几十万个 key ，每隔100ms就遍历所有的设置过期时间的 key 的话，就会给 CPU 带来很大的负载！

惰性删除

所谓惰性策略就是在客户端访问这个key的时候，redis对key的过期时间进行检查，如果过期了就立即删除，不会给你返回任何东西。

定期删除可能会导致很多过期key到了时间并没有被删除掉。所以就有了惰性删除。假如你的过期 key，靠定期删除没有被删除掉，还停留在内存里，除非你的系统去查一下那个 key，才会被redis给删除掉。这就是所谓的惰性删除，即当你主动去查过期的key时,如果发现key过期了,就立即进行删除,不返回任何东西.

定期删除是集中处理，惰性删除是零散处理。

为什么要采用定期删除+惰性删除2种策略呢？

如果过期就删除。假设redis里放了10万个key，都设置了过期时间，你每隔几百毫秒，就检查10万个key，那redis基本上就死了，cpu负载会很高的，消耗在你的检查过期key上了.

但是问题是，定期删除可能会导致很多过期key到了时间并没有被删除掉，那咋整呢？所以就是惰性删除了。这就是说，在你获取某个key的时候，redis会检查一下 ，这个key如果设置了过期时间那么是否过期了？如果过期了此时就会删除，不会给你返回任何东西。

并不是key到时间就被删除掉，而是你查询这个key的时候，redis再懒惰的检查一下

通过上述两种手段结合起来，保证过期的key一定会被干掉。

所以说用了上述2种策略后，下面这种现象就不难解释了：数据明明都过期了，但是还占有着内存

redis内存淘汰机制

但是仅仅通过设置过期时间还是有问题的。我们想一下：如果定期删除漏掉了很多过期 key，然后你也没及时去查，也就没走惰性删除，此时会怎么样？如果大量过期key堆积在内存里，导致redis内存快耗尽了。redis是如何解决这个问题呢？ 使用redis 内存淘汰机制。

这个问题可能有小伙伴们遇到过，放到Redis中的数据怎么没了？

因为Redis将数据放到内存中，内存是有限的，比如redis就只能用10个G，你要是往里面写了20个G的数据，会咋办？当然会干掉10个G的数据，然后就保留10个G的数据了。那干掉哪些数据？保留哪些数据？当然是干掉不常用的数据，保留常用的数据了

redis 提供 6种数据淘汰策略：

• no-eviction：不会继续服务写请求(DEL请求可以继续服务)，读请求可以继续进行。这样可以保证不会丢失数据，但是会让线上的业务不能持续进行。这是默认的淘汰策略。
• volatile-lru：尝试淘汰设置了过期时间的 key，最少使用的 key 优先被淘汰。没有设置过期时间的key不会被淘汰，这样可以保证需要持久化的数据不会突然丢失。（这个是使用最多的）
• volatile-ttl：跟上面一样，除了淘汰的策略不是 LRU，而是 key 的剩余寿命 ttl 的值，ttl 越小越优先被淘汰,即淘汰将要过期的数据.
• volatile-random：从已设置过期时间的数据集（server.db[i].expires）中随机选择数据淘汰
• allkeys-lru：区别于 volatile-lru，这个策略要淘汰的 key 对象是全体的 key 集合，而不只是过期的 key 集合。这意味着没有设置过期时间的 key 也会被淘汰。
• allkeys-random：从全体的key集合（server.db[i].dict）中任意选择数据淘汰

配置方式:
maxmemory-policy volatile-lru   #默认是noeviction，即不进行数据淘汰