Redis是一种高性能的键值存储系统，常用于缓存、消息队列、数据持久化等场景。在使用Redis时，我们经常会遇到数据过期的情况。那么为什么Redis不直接删除过期的数据呢？本文将从Redis的数据过期机制、数据删除方式和性能优化等方面进行介绍，并配有代码示例进行演示。
Redis数据过期机制
Redis通过设置键的过期时间来实现数据的过期。当键的过期时间到达时，Redis会自动将该键标记为过期状态。但是，Redis并不会立即删除过期的键值对，而是等到在某个条件下进行删除。这是因为Redis采用了惰性删除的策略，即在获取键时才进行过期检查和删除操作。这种设计方式带来了一定的性能优势，避免了过多的CPU和内存开销。
Redis数据删除方式
Redis有两种删除过期数据的方式：定期删除和惰性删除。
定期删除
Redis默认每秒钟执行10次定期删除操作。定期删除通过随机抽取一定数量的过期键，并检查是否过期来进行删除。这种方式的好处是可以均摊删除的开销，但是也有可能会导致过期数据积压，增加后续删除的压力。
惰性删除
惰性删除是指在获取键时，如果发现该键已经过期，那么就会立即删除该键。这种方式的好处是可以保证过期数据及时删除，但是也会带来一定的性能开销，因为需要在每次获取键时进行过期检查。
为什么不立即删除过期数据
虽然Redis采用了惰性删除的策略，但却没有立即删除过期数据的原因有以下几点：
节省CPU开销
如果Redis在每次设置键的过期时间时都立即删除过期数据，那么在高并发的情况下，会产生大量的CPU开销。而采用惰性删除的方式，可以将过期数据的删除操作均摊到多次获取键的过程中，减少了单次操作的开销。
节省内存开销
Redis使用了定期删除和惰性删除的组合方式，可以避免过多的内存开销。如果Redis立即删除过期数据，那么可能会导致大量的空闲内存碎片，浪费了宝贵的内存资源。
保证性能稳定
Redis作为一个高性能的键值存储系统，对性能的稳定性要求较高。如果过期数据的删除操作过于频繁，可能会对Redis的性能产生负面影响。通过定期删除和惰性删除的方式，可以在保证数据过期的同时，尽量减少对性能的影响。
代码示例
下面是一个使用Redis设置键的过期时间并获取键的示例代码：
import redis
import time
# 连接Redis
r = redis.Redis(host='localhost', port=6379)
# 设置键的过期时间为10秒
r.set('key', 'value', ex=10)
# 获取键的值
value = r.get('key')
print(value)
# 等待11秒后再次获取键的值
time.sleep(11)
value = r.get('key')
print(value)
在上述代码中，我们使用Redis的set方法设置了一个键的过期时间为10秒，然后通过get方法获取键的值。在等待11秒后，再次获取键的值时会返回None，表示该键已经过期。
序列图
下面是一个使用Redis设置键的过期时间并获取键的序列图，展示了Redis的数据过期和删除过程。
sequenceDiagram
participant Client
participant Redis
Client->>Redis: set key value ex 10
Redis->>Redis: 设置键的过期时间为10秒
Client->>Redis: get key
Redis->>Client: 返回键的值
Client->>Redis: sleep 11秒
Client
