Redis详解 - 过期删除策略和内存淘汰策略

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1.引言

我们先来看如下几个问题：
①、如何设置Redis键的过期时间？
②、设置完一个键的过期时间后，到了这个时间，这个键还能获取到么？假如获取不到那这个键还占据着内存吗？
③、如何设置Redis的内存大小？当内存满了之后，Redis有哪些内存淘汰策略？我们又该如何选择？
　　如果上面的几个问题你都懂，那么下面的内容你就不用看了；如果你不是很懂，那就带着这些问题往下看。

2.设置Redis键过期时间

Redis提供了四个命令来设置过期时间（生存时间）。

①、EXPIRE <key> <ttl> ：表示将键 key 的生存时间设置为 ttl 秒。
　②、PEXPIRE <key> <ttl> ：表示将键 key 的生存时间设置为 ttl 毫秒。
　③、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。
　④、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最后都会转换成最后一个PEXPIREAT 命令来完成。

另外补充两个知识点：

2.1.移除键的过期时间

PERSIST <key> ：表示将key的过期时间移除。

2.2.返回键的剩余生存时间

TTL <key> ：以秒的单位返回键 key 的剩余生存时间。

　　PTTL <key> ：以毫秒的单位返回键 key 的剩余生存时间。

3.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。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。

4.过期删除策略

通常删除某个key，我们有如下三种方式进行处理。

①、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。

②、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。从而造成内存泄漏。

③、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。

5.Redis过期删除策略

前面讨论了删除过期键的三种策略，发现单一使用某一策略都不能满足实际需求，聪明的你可能想到了，既然单一策略不能满足，那就组合来使用吧。

没错，Redis的过期删除策略就是：​​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。

定期删除函数的运行频率，在Redis2.6版本中，规定每秒运行10次。在Redis2.8版本后，可以通过修改配置文件​​redis.conf​​ 的 hz 选项来调整这个次数。

看上面对这个参数的解释，建议不要将这个值设置超过 100，否则会对CPU造成比较大的压力。

我们看到，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选定到并删除，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，这些操作可能会导致Redis内存不够用，这时候就需要Redis的内存淘汰策略了。

6.内存淘汰策略

①、设置Redis最大内存
　　在配置文件​​​redis.conf​​​ 中，可以通过参数 ​​maxmemory <bytes>​​​ 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。

②、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 ​​maxmemory-policy​​ ，有如下几种淘汰方式：

1）volatile-lru   利用LRU算法移除设置过过期时间的key (LRU:最近使用 Least Recently Used ) 。
　　2）allkeys-lru   利用LRU算法移除任何key （和上一个相比，删除的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。
　　3）volatile-random 移除设置过过期时间的随机key 。
　　4）allkeys-random  无差别的随机移除。
　　5）volatile-ttl   移除即将过期的key(minor TTL) 
　　6）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。

在redis.conf 配置文件中，可以设置淘汰方式：

7.总结

通过上面的介绍，相信大家对Redis的过期数据删除策略和内存淘汰策略有一定的了解了。这里总结一下：

Redis过期删除策略是采用​​惰性删除​​​和​​定期删除​​这两种方式组合进行的，惰性删除能够保证过期的数据我们在获取时一定获取不到，而定期删除设置合适的频率，则可以保证无效的数据及时得到释放，而不会一直占用内存数据。

但是我们说Redis是部署在物理机上的，内存不可能无限扩充的，当内存达到我们设定的界限后，便自动触发Redis内存淘汰策略，而具体的策略方式要根据实际业务情况进行选取。