1 設(shè)置帶過期時間的 key

# 時間復雜度：O（1），最常用方式
expire key seconds

# 字符串獨有方式
setex(String key, int seconds, String value)

????????除了string獨有設(shè)置過期時間的方法，其他類型都需依靠expire方法設(shè)置時間，若：

• 未設(shè)置時間，則緩存永不過期
• 設(shè)置過期時間，但之后又想讓緩存永不過期，使用persist

????????設(shè)置key的過期時間。超時后，將會自動刪除該key。在Redis的術(shù)語中一個key的相關(guān)超時是volatile的。

????????生存時間可以通過使用?DEL?命令來刪除整個?key?來移除，或者被?SET?和?GETSET?命令覆寫(overwrite)。這意味著，如果一個命令只是修改(alter)一個帶生存時間的?key?的值而不是用一個新的?key?值來代替(replace)它的話，那么生存時間不會被改變。 如使用?INCR?遞增key的值，執(zhí)行?LPUSH?將新值推到 list 中或用?HSET?改變hash的field，這些操作都使超時保持不變。

• 使用?PERSIST?命令可以清除超時，使其變成一個永久key；
• 若?key?被?RENAME?命令修改，相關(guān)的超時時間會轉(zhuǎn)移到新key；
• 若?key?被?RENAME?命令修改，比如原來就存在?Key_A，然后調(diào)用?RENAME Key_B Key_A?命令，這時不管原來?Key_A?是永久的還是設(shè)為超時的，都會由Key_B的有效期狀態(tài)覆蓋；

注意，使用非正超時調(diào)用 EXPIRE/PEXPIRE 或具有過去時間的 EXPIREAT/PEXPIREAT 將導致key被刪除而不是過期（因此，發(fā)出的key事件將是 del，而不是過期）。

1.1 刷新過期時間

????????對已經(jīng)有過期時間的key執(zhí)行EXPIRE操作，將會更新它的過期時間。有很多應(yīng)用有這種業(yè)務(wù)場景，例如記錄會話的session。

1.2 Redis 之前的 2.1.3 的差異

????????在 Redis 版本之前 2.1.3 中，使用更改其值的命令更改具有過期集的密鑰具有完全刪除key的效果。由于現(xiàn)在修復的復制層中存在限制，因此需要此語義。

????????EXPIRE 將返回 0，并且不會更改具有超時集的鍵的超時。

1.3 返回值

• 1，如果成功設(shè)置過期時間。
• 0，如果key不存在或者不能設(shè)置過期時間。

1.4 示例

????????假設(shè)有一 Web 服務(wù)，對用戶最近訪問的最新 N 頁感興趣，這樣每個相鄰頁面視圖在上一個頁面之后不超過 60 秒。從概念上講，可以將這組頁面視圖視為用戶的導航會話，該會話可能包含有關(guān)ta當前正在尋找的產(chǎn)品的有趣信息，以便你可以推薦相關(guān)產(chǎn)品。

????????可使用以下策略輕松在 Redis 中對此模式建模：每次用戶執(zhí)行頁面視圖時，您都會調(diào)用以下命令：

MULTI
RPUSH pagewviews.user:<userid> http://.....
EXPIRE pagewviews.user:<userid> 60
EXEC

????????如果用戶空閑超過 60 秒，則將刪除該key，并且僅記錄差異小于 60 秒的后續(xù)頁面視圖。此模式很容易修改，使用 INCR 而不是使用 RPUSH 的列表。

1.5 帶過期時間的 key

????????通常，創(chuàng)建 Redis 鍵時沒有關(guān)聯(lián)的存活時間。key將永存，除非用戶以顯式方式（例如 DEL 命令）將其刪除。

????????EXPIRE 族的命令能夠?qū)⑦^期項與給定key關(guān)聯(lián)，但代價是該key使用的額外內(nèi)存。當key具有過期集時，Redis 將確保在經(jīng)過指定時間時刪除該key。

????????可使用 EXPIRE 和 PERSIST 命令（或其他嚴格命令）更新或完全刪除生存的關(guān)鍵時間。

1.6 過期精度

????????在 Redis 2.4 中，過期可能不準確，并且可能介于 0 到 1 秒之間。

????????Redis 2.6，過期誤差從 0 到 1 毫秒。

1.7 過期和持久化

????????過期信息的鍵存儲為絕對 Unix 時間戳（Redis 版本 2.6 或更高版本為毫秒）。這意味著即使 Redis 實例不處于活動狀態(tài)，時間也在流動。

????????要使過期工作良好，必須穩(wěn)定計算機時間。若將 RDB 文件從兩臺計算機上移動，其時鐘中具有大 desync，則可能會發(fā)生有趣的事情（如加載時加載到過期的所有key）。

????????即使運行時的實例，也始終會檢查計算機時鐘，例如，如果將一個key設(shè)置為 1000 秒，然后在將來設(shè)置計算機時間 2000 秒，則該key將立即過期，而不是持續(xù) 1000 秒。

2 過期策略

????????Redis 所有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都可以設(shè)置過期時間，時間一到，就會自動刪除。你可以想象 Redis 內(nèi)部有一個死神，時刻盯著所有設(shè)置了過期時間的 key，壽命一到就會立即收割。

??你還可以進一步站在死神的角度思考，會不會因為同一時間太多的 key 過期，以至于忙不過來。同時因為 Redis 是單線程的，收割的時間也會占用線程的處理時間，如果收割的太過于繁忙，會不會導致線上讀寫指令出現(xiàn)卡頓。在過期這件事上，Redis 非常小心。

2.1 過期 key 集合

??redis 會將每個設(shè)置了過期時間的 key 放入到一個獨立的字典中，以后會定時遍歷這個字典來刪除到期的 key。除了定時遍歷之外，它還會使用惰性策略來刪除過期的 key，所謂惰性策略就是在客戶端訪問這個 key 的時候，redis 對 key 的過期時間進行檢查，如果過期了就立即刪除。定時刪除是集中處理，惰性刪除是零散處理。

2.2 定時掃描策略

??Redis 默認會每秒進行十次過期掃描，過期掃描不會遍歷過期字典中所有的 key，而是采用了一種簡單的貪心策略。

1. 從過期字典中隨機 20 個 key；
2. 刪除這 20 個 key 中已經(jīng)過期的 key；
3. 如果過期的 key 比率超過 1/4，那就重復步驟 1；

??同時，為了保證過期掃描不會出現(xiàn)循環(huán)過度，導致線程卡死現(xiàn)象，算法還增加了掃描時間的上限，默認不會超過 25ms。

??設(shè)想一個大型的 Redis 實例中所有的 key 在同一時間過期了，會出現(xiàn)怎樣的結(jié)果？

??毫無疑問，Redis 會持續(xù)掃描過期字典 (循環(huán)多次)，直到過期字典中過期的 key 變得稀疏，才會停止 (循環(huán)次數(shù)明顯下降)。這就會導致這期間線上讀寫 QPS 下降明顯。還有另外一種原因是內(nèi)存管理器需要頻繁回收內(nèi)存頁，這也會產(chǎn)生一定的 CPU 消耗。

??這里解析一下，假如單臺 Redis 讀寫請求 QPS 是 10w，也就是每個請求需要 0.00001s 來完成，每秒執(zhí)行十次過期掃描，每次過期掃描都達到上限 25ms，那么每秒過期掃描總花費 0.25s，相當于 QPS 降低了 2.5W。

??所以業(yè)務(wù)開發(fā)人員一定要注意過期時間，如果有大批量的 key 過期，要給過期時間設(shè)置一個隨機范圍，而不能全部在同一時間過期。

#在目標過期時間上增加一天的隨機時間

redis.expire_at(key, random.randint(86400) + expire_ts)

2.3 從庫的過期策略

??從庫不會進行過期掃描，從庫對過期的處理是被動的。主庫在 key 到期時，會在 AOF 文件里增加一條 del 指令，同步到所有的從庫，從庫通過執(zhí)行這條 del 指令來刪除過期的 key。

??因為指令同步是異步進行的，所以主庫過期的 key 的 del 指令沒有及時同步到從庫的話，會出現(xiàn)主從數(shù)據(jù)的不一致，主庫沒有的數(shù)據(jù)在從庫里還存在。

2.4 懶惰刪除策略

????????Redis 為什么要懶惰刪除(lazy free)？

????????刪除指令 del 會直接釋放對象的內(nèi)存，大部分情況下，這個指令非?？?，沒有明顯延遲。不過如果刪除的 key 是一個非常大的對象，比如一個包含了千萬元素的 hash，又或者在使用 FLUSHDB 和 FLUSHALL 刪除包含大量鍵的數(shù)據(jù)庫時，那么刪除操作就會導致單線程卡頓。

????????redis 4.0 引入了 lazyfree 的機制，它可以將刪除鍵或數(shù)據(jù)庫的操作放在后臺線程里執(zhí)行， 從而盡可能地避免服務(wù)器阻塞。

2.4.1 unlink指令

????????unlink 指令，它能對刪除操作進行懶處理，丟給后臺線程來異步回收內(nèi)存。

unlink key

OK

2.4.2 flush指令

????????flushdb 和 flushall 指令，用來清空數(shù)據(jù)庫，這也是極其緩慢的操作。Redis 4.0 同樣給這兩個指令也帶來了異步化，在指令后面增加 async 參數(shù)就可以將整棵大樹連根拔起，扔給后臺線程慢慢焚燒。

flushall async

OK

2.4.3 異步隊列

????????主線程將對象的引用從「大樹」中摘除后，會將這個 key 的內(nèi)存回收操作包裝成一個任務(wù)，塞進異步任務(wù)隊列，后臺線程會從這個異步隊列中取任務(wù)。任務(wù)隊列被主線程和異步線程同時操作，所以必須是一個線程安全的隊列。 不是所有的 unlink 操作都會延后處理，如果對應(yīng) key 所占用的內(nèi)存很小，延后處理就沒有必要了，這時候 Redis 會將對應(yīng)的 key 內(nèi)存立即回收，跟 del 指令一樣。

2.5 惰性刪除流程

????????在進行g(shù)et或setnx等操作時，先檢查key是否過期：

• 若過期，刪除key，然后執(zhí)行相應(yīng)操作；
• 若沒過期，直接執(zhí)行相應(yīng)操作；

2.5.1 RDB處理過期key

????????過期key對RDB無影響：

• 從內(nèi)存數(shù)據(jù)庫持久化數(shù)據(jù)到RDB文件，持久化key之前，會檢查是否過期，過期的key不進入RDB文件；

• 從RDB文件恢復數(shù)據(jù)到內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)載入數(shù)據(jù)庫之前，會對Key進行過期檢查，若過期，不導入數(shù)據(jù)庫（主庫情況）；

2.5.2 AOF處理過期Key

????????過期key對AOF沒有任何影響。

2.5.2.1 從內(nèi)存數(shù)據(jù)庫持久化到AOF文件

• 當key過期后，還沒有被刪除，此時進行執(zhí)行持久化操作（該key不會進入aof文件，因為沒有發(fā)生修改命令）
• 當key過期后，在發(fā)生刪除操作時，程序會向aof文件追加一條del命令（在將來的以aof文件恢復數(shù)據(jù)的時候該過期的鍵就會被刪掉）

2.5.2.2 AOF重寫

????????重寫時，會先判斷key是否過期，已過期的key不會重寫到aof文件

2.5.2.3 在復制鏈路和 AOF 文件中處理過期的方式

????????為了在不犧牲一致性的情況下獲得正確行為，當key過期時，DEL 操作將同時在 AOF 文件中合成并獲取所有附加的從節(jié)點。這樣，過期的這個處理過程集中到主節(jié)點中，還沒有一致性錯誤的可能性。

????????但是，雖然連接到主節(jié)點的從節(jié)點不會獨立過期key（但會等待來自master的 DEL），但它們?nèi)詫⑹褂脭?shù)據(jù)集中現(xiàn)有過期的完整狀態(tài)，因此，當選擇slave作為master時，它將能夠獨立過期key，完全充當master。

????????默認每臺Redis服務(wù)器有16個數(shù)據(jù)庫，默認使用0號數(shù)據(jù)庫，所有的操作都是對0號數(shù)據(jù)庫的操作

# 設(shè)置數(shù)據(jù)庫數(shù)量。默認為16個庫，默認使用DB 0，可使用"select 1"來選擇一號數(shù)據(jù)庫
# 注意：由于默認使用0號數(shù)據(jù)庫，那么我們所做的所有的緩存操作都存在0號數(shù)據(jù)庫上，
# 當你在1號數(shù)據(jù)庫上去查找的時候，就查不到之前set過的緩存
# 若想將0號數(shù)據(jù)庫上的緩存移動到1號數(shù)據(jù)庫，可以使用"move key 1"
databases 16

• memcached只是用了惰性刪除，而redis同時使用了惰性刪除與定期刪除，這也是二者的一個不同點（可以看做是redis優(yōu)于memcached的一點）
• 對于惰性刪除而言，并不是只有獲取key的時候才會檢查key是否過期，在某些設(shè)置key的方法上也會檢查（eg.setnx key2 value2：該方法類似于memcached的add方法，如果設(shè)置的key2已經(jīng)存在，那么該方法返回false，什么都不做；如果設(shè)置的key2不存在，那么該方法設(shè)置緩存key2-value2。假設(shè)調(diào)用此方法的時候，發(fā)現(xiàn)redis中已經(jīng)存在了key2，但是該key2已經(jīng)過期了，如果此時不執(zhí)行刪除操作的話，setnx方法將會直接返回false，也就是說此時并沒有重新設(shè)置key2-value2成功，所以對于一定要在setnx執(zhí)行之前，對key2進行過期檢查）

????????可是，很多過期key，你沒及時去查，定期刪除也漏掉了，大量過期key堆積內(nèi)存，Redis內(nèi)存殆耗盡！因此內(nèi)存滿時，還需有內(nèi)存淘汰機制！這就是 Redis 自己?主動刪除?數(shù)據(jù)了！

3 Redis 內(nèi)存淘汰機制

????????Redis 數(shù)據(jù)庫可以通過配置文件來配置最大緩存，當寫入的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)沒有足夠的內(nèi)存可用的時候，Redis 會觸發(fā)內(nèi)存淘汰機制。Redis 為了滿足多樣化場景，提供了八種策略，可以在 redis.config 文件中配置：

1. volatile-lru：從已設(shè)置過期時間的數(shù)據(jù)集中挑選最近最少使用的數(shù)據(jù)淘汰
2. volatile-ttl：從已設(shè)置過期時間的數(shù)據(jù)集中挑選將要過期的數(shù)據(jù)淘汰
3. volatile-random：從已設(shè)置過期時間的數(shù)據(jù)集中任意選擇數(shù)據(jù)淘汰
4. volatile-lfu：從已設(shè)置過期時間的數(shù)據(jù)集中挑選使用頻率最低的數(shù)據(jù)淘汰
5. allkeys-lru：從所有數(shù)據(jù)集中挑選最近最少使用的數(shù)據(jù)淘汰
6. allkeys-lfu：從所有數(shù)據(jù)集中挑選使用頻率最低的數(shù)據(jù)淘汰
7. allkeys-random：從所有數(shù)據(jù)集中任意選擇數(shù)據(jù)淘汰
8. noenviction：不回收任何數(shù)據(jù)，返回一個寫操作的錯誤信息。這也是默認策略

參考鏈接

Redis 詳解_羅志宏的博客-CSDN博客

Redis 的過期策略_redis key過期策略_胖虎·的博客-CSDN博客

Redis鍵過期策略詳解-云社區(qū)-華為云

詳細聊聊Redis的過期策略_Redis_腳本之家

Redis的過期策略以及內(nèi)存淘汰機制_redis過期策略以及內(nèi)存淘汰機制_Felix-Yuan的博客-CSDN博客

Redis 詳解_王叮咚的博客-CSDN博客文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-703339.html

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