一文聊聊Redis中的過期操作和過期策略-Redis-PHP中文網

這篇文章帶大家了解Redis中的過期操作和過期策略，介紹一下Redis中設定過期時間的四種方法、持久化中的過期鍵、過期鍵執行流程等，希望對大家有所幫助！

一文聊聊Redis中的過期操作和過期策略

如果在Redis中沒有過期這個概念，這就表示我們所有寫入的鍵只要不主動刪除就會一直保存在Redis中，而Redis又是一個基於記憶體的資料庫，記憶體空間是非常有限的。【相關建議：Redis影片教學】

過期運算

#過期設定

# #Redis中設定過期時間主要透過以下四種方式：

expire key seconds：設定key在n 秒後過期。
pexpire key milliseconds：設定key在 n 毫秒後過期。
expireat key timestamp：設定key在某個時間戳記（精確到秒）之後過期。
pexpireat key millisecondsTimestamp：設定key在某個時間戳記（精確到毫秒）之後過期。

可用指令

ttl key（以秒為單位）或pttl key（以毫秒為單位）來檢視key還有多久過期。

Redis可以使用time指令查詢目前時間的時間戳記（精確到秒）。

字串中幾個直接操作過期時間的方法，如下列表：

set key value ex seconds：設定鍵值對的同時指定過期時間（精確到秒）。
set key value px milliseconds：設定鍵值對的同時指定過期時間（精確到毫秒）。
setex key seconds valule：設定鍵值對的同時指定過期時間（精確到秒）。

移除過期時間

#使用指令：

persist key可以移除鍵值的過期時間。 -1 表示永不過期。

Java 實作過期運算

使用

Jedis來實作對Redis的操作，程式碼：

public class TTLTest { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { // 创建 Redis 连接 Jedis jedis = new Jedis("xxx.xxx.xxx.xxx", 6379); // 设置 Redis 密码(如果没有密码，此行可省略) jedis.auth("xxx"); // 存储键值对（默认情况下永不过期） jedis.set("k", "v"); // 查询 TTL（过期时间） Long ttl = jedis.ttl("k"); // 打印过期日志 // 过期时间：-1 System.out.println("过期时间：" + ttl); // 设置 100s 后过期 jedis.expire("k", 100); // 等待 1s 后执行 Thread.sleep(1000); // 打印过期日志 // 执行 expire 后的 TTL=99 System.out.println("执行 expire 后的 TTL=" + jedis.ttl("k")); } }

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更多過期操作方法，如下列表：

pexpire(String key, long milliseconds)：設定n 毫秒後過期。
expireAt(String key, long unixTime)：設定某個時間戳後過期（精確到秒）。
pexpireAt(String key, long millisecondsTimestamp)：設定某個時間戳後過期（精確到毫秒）。
persist(String key)：移除過期時間。

public class TTLTest { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { // 创建 Redis 连接 Jedis jedis = new Jedis("xxx.xxx.xxx.xxx", 6379); // 设置 Redis 密码(如果没有密码，此行可省略) jedis.auth("xxx"); // 存储键值对（默认情况下永不过期） jedis.set("k", "v"); // 查询 TTL（过期时间） Long ttl = jedis.ttl("k"); // 打印过期日志 System.out.println("过期时间：" + ttl); // 设置 100s 后过期 jedis.expire("k", 100); // 等待 1s 后执行 Thread.sleep(1000); // 打印过期日志 System.out.println("执行 expire 后的 TTL=" + jedis.ttl("k")); // 设置 n 毫秒后过期 jedis.pexpire("k", 100000); // 设置某个时间戳后过期（精确到秒） jedis.expireAt("k", 1573468990); // 设置某个时间戳后过期（精确到毫秒） jedis.pexpireAt("k", 1573468990000L); // 移除过期时间 jedis.persist("k"); } }

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持久化中的過期鍵

#RDB 中的過期鍵

RDB檔案分為兩個階段，RDB檔案產生階段和載入階段。

1. RDB 檔案產生

RDB載入分為以下兩種情況：

Redis是主伺服器運作模式的話，在載入RDB檔案時，程式會對檔案中儲存的鍵進行檢查，過期鍵不會被載入到資料庫中。所以過期鍵不會對載入RDB檔案的主伺服器造成影響；
Redis是從伺服器運行模式的話，在載入RDB檔案時，不論鍵是否過期都會被載入到資料庫中。但由於主從伺服器在進行資料同步時，從伺服器的資料會被清空。所以一般來說，過期鍵對載入RDB檔案的從伺服器也不會造成影響。

RDB檔案載入的原始碼可以在rdb.c檔案的rdbLoad()函數中找到，原始碼所示：

/* Check if the key already expired. This function is used when loading * an RDB file from disk, either at startup, or when an RDB was * received from the master. In the latter case, the master is * responsible for key expiry. If we would expire keys here, the * snapshot taken by the master may not be reflected on the slave. * * 如果服务器为主节点的话， * 那么在键已经过期的时候，不再将它们关联到数据库中去 */ if (server.masterhost == NULL && expiretime != -1 && expiretime < now) { decrRefCount(key); decrRefCount(val); // 跳过 continue; }

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AOF 中的過期鍵

#1. AOF 檔案寫入

當

Redis以AOF模式持久化時，如果資料庫某個過期鍵還沒被刪除，那麼AOF檔案會保留此過期鍵，當此過期鍵被刪除後，Redis會向AOF檔案追加一條DEL指令來明確地刪除該鍵值。

2. AOF 重寫

執行

AOF重寫時，會對Redis 中的鍵值對進行檢查已過期的鍵不會被儲存到重寫後的AOF檔案中，因此不會對AOF重寫造成任何影響。

主從函式庫的過期鍵#

当Redis运行在主从模式下时，从库不会进行过期扫描，从库对过期的处理是被动的。也就是即使从库中的key过期了，如果有客户端访问从库时，依然可以得到key对应的值，像未过期的键值对一样返回。

从库的过期键处理依靠主服务器控制，主库在key到期时，会在AOF文件里增加一条del指令，同步到所有的从库，从库通过执行这条del指令来删除过期的key。

过期策略

在Redis中我们可以给一些元素设置过期时间，那当它过期之后Redis是如何处理这些过期键呢？

过期键执行流程

Redis之所以能知道那些键值过期，是因为在Redis中维护了一个字典，存储了所有设置了过期时间的键值，我们称之为过期字典。

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过期键源码分析

过期键存储在redisDb结构中，源代码在src/server.h文件中（基于Redis 5）：

/* Redis database representation. There are multiple databases identified * by integers from 0 (the default database) up to the max configured * database. The database number is the 'id' field in the structure. */ typedef struct redisDb { dict *dict; /* 数据库键空间，存放着所有的键值对 */ dict *expires; /* 键的过期时间 */ dict *blocking_keys; /* Keys with clients waiting for data (BLPOP)*/ dict *ready_keys; /* Blocked keys that received a PUSH */ dict *watched_keys; /* WATCHED keys for MULTI/EXEC CAS */ int id; /* Database ID */ long long avg_ttl; /* Average TTL, just for stats */ list *defrag_later; /* List of key names to attempt to defrag one by one, gradually. */ } redisDb;

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过期键数据结构如下图所示：

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过期策略

Redis会删除已过期的键值，以此来减少Redis的空间占用，但因为Redis本身是单线的，如果因为删除操作而影响主业务的执行就得不偿失了，为此Redis需要制定多个（过期）删除策略来保证正常执行的性能。

定时删除

在设置键值过期时间时，创建一个定时事件，当过期时间到达时，由事件处理器自动执行键的删除操作。

优点：保证内存可以被尽快地释放。
缺点：在Redis高负载的情况下或有大量过期键需要同时处理时，会造成Redis服务器卡顿，影响主业务执行。

惰性删除

不主动删除过期键，每次从数据库获取键值时判断是否过期，如果过期则删除键值，并返回 null。

优点：因为每次访问时，才会判断过期键，所以此策略只会使用很少的系统资源。
缺点：系统占用空间删除不及时，导致空间利用率降低，造成了一定的空间浪费。

源码解析

惰性删除的源码位于src/db.c文件的expireIfNeeded方法中，源码如下：

int expireIfNeeded(redisDb *db, robj *key) { // 判断键是否过期 if (!keyIsExpired(db,key)) return 0; if (server.masterhost != NULL) return 1; /* 删除过期键 */ // 增加过期键个数 server.stat_expiredkeys++; // 传播键过期的消息 propagateExpire(db,key,server.lazyfree_lazy_expire); notifyKeyspaceEvent(NOTIFY_EXPIRED, "expired",key,db->id); // server.lazyfree_lazy_expire 为 1 表示异步删除（懒空间释放），反之同步删除 return server.lazyfree_lazy_expire ? dbAsyncDelete(db,key) : dbSyncDelete(db,key); } // 判断键是否过期 int keyIsExpired(redisDb *db, robj *key) { mstime_t when = getExpire(db,key); if (when < 0) return 0; /* No expire for this key */ /* Don't expire anything while loading. It will be done later. */ if (server.loading) return 0; mstime_t now = server.lua_caller ? server.lua_time_start : mstime(); return now > when; } // 获取键的过期时间 long long getExpire(redisDb *db, robj *key) { dictEntry *de; /* No expire? return ASAP */ if (dictSize(db->expires) == 0 || (de = dictFind(db->expires,key->ptr)) == NULL) return -1; /* The entry was found in the expire dict, this means it should also * be present in the main dict (safety check). */ serverAssertWithInfo(NULL,key,dictFind(db->dict,key->ptr) != NULL); return dictGetSignedIntegerVal(de); }

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所有对数据库的读写命令在执行之前，都会调用expireIfNeeded方法判断键值是否过期，过期则会从数据库中删除，反之则不做任何处理。

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定期删除

每隔一段时间检查一次数据库，随机删除一些过期键。

Redis默认每秒进行10次过期扫描，此配置可通过Redis的配置文件 redis.conf 进行配置，配置键为hz它的默认值是hz 10。

注意：Redis每次扫描并不是遍历过期字典中的所有键，而是采用随机抽取判断并删除过期键的形式执行的。

定期删除流程

从过期字典中随机取出 20 个键。
删除这 20 个键中过期的键。
如果过期key的比例超过 25%，重复步骤 1。

同时为了保证过期扫描不会出现循环过度，导致线程卡死现象，算法还增加了扫描时间的上限，默认不会超过 25ms。

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优点：通过限制删除操作的时长和频率，来减少删除操作对Redis主业务的影响，同时也能删除一部分过期的数据减少了过期键对空间的无效占用。
缺点：内存清理方面没有定时删除效果好，同时没有惰性删除使用的系统资源少。

源码解析

定期删除的核心源码在src/expire.c文件下的activeExpireCycle方法中，源码如下：

void activeExpireCycle(int type) { static unsigned int current_db = 0; /* 上次定期删除遍历到的数据库ID */ static int timelimit_exit = 0; /* Time limit hit in previous call? */ static long long last_fast_cycle = 0; /* 上一次执行快速定期删除的时间点 */ int j, iteration = 0; int dbs_per_call = CRON_DBS_PER_CALL; // 每次定期删除，遍历的数据库的数量 long long start = ustime(), timelimit, elapsed; if (clientsArePaused()) return; if (type == ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_FAST) { if (!timelimit_exit) return; // ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_FAST_DURATION 是快速定期删除的执行时长 if (start < last_fast_cycle + ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_FAST_DURATION*2) return; last_fast_cycle = start; } if (dbs_per_call > server.dbnum || timelimit_exit) dbs_per_call = server.dbnum; // 慢速定期删除的执行时长 timelimit = 1000000*ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_SLOW_TIME_PERC/server.hz/100; timelimit_exit = 0; if (timelimit <= 0) timelimit = 1; if (type == ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_FAST) timelimit = ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_FAST_DURATION; /* 删除操作的执行时长 */ long total_sampled = 0; long total_expired = 0; for (j = 0; j < dbs_per_call && timelimit_exit == 0; j++) { int expired; redisDb *db = server.db+(current_db % server.dbnum); current_db++; do { // ....... expired = 0; ttl_sum = 0; ttl_samples = 0; // 每个数据库中检查的键的数量 if (num > ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_LOOKUPS_PER_LOOP) num = ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_LOOKUPS_PER_LOOP; // 从数据库中随机选取 num 个键进行检查 while (num--) { dictEntry *de; long long ttl; if ((de = dictGetRandomKey(db->expires)) == NULL) break; ttl = dictGetSignedInteger // 过期检查，并对过期键进行删除 if (activeExpireCycleTryExpire(db,de,now)) expired++; if (ttl > 0) { /* We want the average TTL of keys yet not expired. */ ttl_sum += ttl; ttl_samples++; } total_sampled++; } total_expired += expired; if (ttl_samples) { long long avg_ttl = ttl_sum/ttl_samples; if (db->avg_ttl == 0) db->avg_ttl = avg_ttl; db->avg_ttl = (db->avg_ttl/50)*49 + (avg_ttl/50); } if ((iteration & 0xf) == 0) { /* check once every 16 iterations. */ elapsed = ustime()-start; if (elapsed > timelimit) { timelimit_exit = 1; server.stat_expired_time_cap_reached_count++; break; } } /* 每次检查只删除 ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_LOOKUPS_PER_LOOP/4 个过期键 */ } while (expired > ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_LOOKUPS_PER_LOOP/4); } // ....... }

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activeExpireCycle方法在规定的时间，分多次遍历各个数据库，从过期字典中随机检查一部分过期键的过期时间，删除其中的过期键。

这个函数有两种执行模式，一个是快速模式一个是慢速模式，体现是代码中的timelimit变量，这个变量是用来约束此函数的运行时间的。快速模式下timelimit的值是固定的，等于预定义常量ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_FAST_DURATION，慢速模式下，这个变量的值是通过1000000 * ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_SLOW_TIME_PERC/server.hz/100计算的。