Redis 过期键策略和内存淘汰策略

• Redis 过期键策略和内存淘汰策略
  • 设置Redis键过期时间
  • Redis过期时间的判定
  • 过期键删除策略
    • 定时删除
    • 惰性删除
    • 定期删除
  • Redis过期删除策略
  • 内存淘汰策略
    • 设置Redis最大内存
    • 设置内存淘汰方式

设置Redis键过期时间

Redis有四个不同的命令来设置生存时间（键可以存在多久）或过期时间（键什么时候会被删除）。

EXPIRE <key> <ttl> ：表示将键 key 的生存时间设置为 ttl 秒。

PEXPIRE <key> <ttl> ：表示将键 key 的生存时间设置为 ttl 毫秒。

EXPIREAT <key> <timestamp> ：表示将键 key 的生存时间设置为 timestamp 所指定的秒数时间戳。

PEXPIREAT <key> <timestamp> ：表示将键 key 的生存时间设置为 timestamp 所指定的毫秒数时间戳。

在Redis内部实现中，前面三个设置过期时间的命令都会转换成最后一个PEXPIREAT命令来完成。

　另外补充两个知识点：

　　一、移除键的过期时间

　　PERSIST ：表示将key的过期时间移除。

　　二、返回键的剩余生存时间

　　TTL ：以秒的单位返回键 key 的剩余生存时间。

　　PTTL ：以毫秒的单位返回键 key 的剩余生存时间。

Redis过期时间的判定

　　在Redis内部，每当我们设置一个键的过期时间时，Redis就会将该键带上过期时间存放到一个过期字典中。过期字典的键是一个指针，指向键空间某个键对象，值是一个long long类型的整数，这个整数保存了键所指向的数据库键的过期时间--一个毫秒精度的UNIX时间戳。

当我们查询一个键时，Redis便首先检查该键是否存在过期字典中，如果存在，那就获取其过期时间。然后将过期时间和当前系统时间进行比对，比系统时间大，那就没有过期；反之判定该键过期。

过期键删除策略

定时删除

　　在设置某个key 的过期时间同时，我们创建一个定时器，让定时器在该过期时间到来时，立即执行对其进行删除的操作。

　　优点：定时删除对内存是最友好的，能够保存内存的key一旦过期就能立即从内存中删除。

　　缺点：对CPU最不友好，在过期键比较多的时候，删除过期键会占用一部分 CPU 时间，对服务器的响应时间和吞吐量造成影响。

惰性删除

　　设置该key 过期时间后，我们不去管它，当需要该key时，我们在检查其是否过期，如果过期，我们就删掉它，反之返回该key。

　　优点：对 CPU友好，我们只会在使用该键时才会进行过期检查，对于很多用不到的key不用浪费时间进行过期检查。

　　缺点：对内存不友好，如果一个键已经过期，但是一直没有使用，那么该键就会一直存在内存中，如果数据库中有很多这种使用不到的过期键，这些键便永远不会被删除，内存永远不会释放。甚至可以把这种情况看成是一种内存泄漏。

定期删除

　每隔一段时间，我们就对一些key进行检查，删除里面过期的key。

　　优点：可以通过限制删除操作执行的时长和频率来减少删除操作对 CPU 的影响。另外定期删除，也能有效释放过期键占用的内存。

　　缺点：难以确定删除操作执行的时长和频率。

　　　　　如果执行的太频繁，定期删除策略变得和定时删除策略一样，对CPU不友好。

　　　　　如果执行的太少，那又和惰性删除一样了，过期键占用的内存不会及时得到释放。

　　　　　另外最重要的是，在获取某个键时，如果某个键的过期时间已经到了，但是还没执行定期删除，那么就会返回这个键的值，这是业务不能忍受的错误。

Redis过期删除策略

Redis的过期删除策略是：惰性删除 和 定期删除 两种策略配合使用。

​ 惰性删除: Redis的惰性删除策略由 db.c/expireIfNeeded 函数实现，所有键读写命令执行之前都会调用expireIfNeeded 函数对其进行检查，如果过期，则删除该键，然后执行键不存在的操作；未过期则不作操作，继续执行原有的命令。

　定期删除：由redis.c/activeExpireCycle 函数实现，函数以一定的频率运行，每次运行时，都从一定数量的数据库中取出一定数量的随机键进行检查，并删除其中的过期键。

注意：并不是一次运行就检查所有的库，所有的键，而是随机检查一定数量的键。

通过过期删除策略，对于某些永远使用不到的键，并且多次定期删除也没有选定并删除，那么这些键同样会一直驻留在内存中，又或者在Redis中存入了大量的键，这些操作可能导致Redis内存不够用，这时候就需要Redis的内存淘汰策略了。

内存淘汰策略

设置Redis最大内存

　　在配置文件redis.conf 中，可以通过参数 maxmemory 来设定最大内存：

不设定该参数默认是无限制的，但是通常会设定其为物理内存的四分之三。

设置内存淘汰方式

　当现有内存大于 maxmemory 时，便会触发redis主动淘汰内存方式，通过设置 maxmory-policy :

有如下几种淘汰方式：

1. noeviction： 不移除任何key，只是返回一个写错误 ，默认选项，一般不会选用。
2. volatile-lru：利用LRU算法移除设置过过期时间的最近最少使用的key 。这种情况一般是把 Redis 既当缓存，又做持久化存储的时候才用，不推荐。
3. allkeys-lru：利用LRU算法移除最近最少使用的key（包括设置过期时间和不设置过期时间的）通常使用该方式。
4. allkeys-random：当内存不足以容纳新写入数据时，在键空间中，随机移除某个 Key，不推荐。
5. volatile-random：当内存不足以容纳新写入数据时，在设置了过期时间的键空间中，随机移除某个 Key。依然不推荐。
6. volatile-ttl ： 移除即将过期的key。

参考：

《Redis设计与实现》