理解Redis的Expire Key(过期键)

数据结构

	typedef struct redisDb {
	 dict *dict;     /* 键空间 key space */
	 dict *expires;    /* 过期字典 */
	 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 */
	 struct evictionPoolEntry *eviction_pool; /* Eviction pool of keys */
	 int id;      /* Database ID */
	 long long avg_ttl;   /* Average TTL, just for stats */
	 } redisDb;

键空间(key space):dict字典用来保存数据库中的所有键值对
过期字典(expires):保存数据库中所有键的过期时间,过期时间用UNIX时间戳表示,且值为long long整数

redis设置过期时间的命令是?

	EXPIRE \<key> \<ttl> 命令用于将键key的过期时间设置为ttl秒以后
	PEXPIRE  \<key> \<ttl> 命令用于将键key的过期时间设置为ttl毫秒以后
	EXPIREAT \<key> \<timesramp> 命令用于将key的过期时间设置为timrestamp所指定的秒数时间戳
	PEXPIREAT \<key> \<timesramp> 命令用于将key的过期时间设置为timrestamp所指定的毫秒数时间戳

reids如何实现过期时间的设置?怎么判断键过期的?

   过期键的判定,其实通过定期字典进行判定:
    1、检查给定键是否存在于过期字典,如果存在,取出键的过期时间
    2、通过判断当前UNIX时间戳是否大于键的过期时间,是的话,键已过期,相反则键未过期

过期键的删除策略以及Redis的过期键的实现

1、定时删除

  在设置键的过期时间的同时,创建一个定时任务,当键达到过期时间时,立即执行对键的删除操作

  • 优点
    • 对内存友好,定时删除策略可以抱枕过期键会尽可能快地被删除,并释放过期键所占用的内存
  • 缺点
    • 对CPU时间不友好,在过期键比较多时,删除任务会占用很大一部分CPU时间,在内存不紧张但CPU紧张的情况下,将CPU时间用在删除和当前任务无关的过期键上,影响服务器的响应时间和吞吐量。

2、惰性删除

放任键过期不管,但在每次从键空间获取键时,都检查取得的键是否过期,如果过期的话,就删除该键,如果没有过期,就返回该键

  • 优点
    • 对CPU时间友好,在每次从键空间获取键时进行过期键检查并是否删除,删除目标也仅限当前处理的键,这个策略不会再其他无关的删除任务上花费任何CPU时间。
  • 缺点
    • 对内存不友好,过期键过期也可能不会被删除,导致所占的内存也不会释放。甚至可能会出现内存泄漏的现象,当存在很多过期键,而这些过期键又没有被访问到,这可能会导致他们一直保存在内存中,造成内存泄漏。

3、定期删除

每隔一点时间,程序就对数据库就行一次检查,删除里面的过期键,至于要删除多少多期间,以及要检查多少个数据库,则由算法决定。 由于定时删除会占用太多cpu时间,影响服务器的响应时间和吞吐量以及惰性删除浪费太多内存,有内存泄漏的魏县,所以出现一种整合和折中这两种策略的定期删除策略。

  • 优点

    • 1、定期删除策略每隔一段时间执行一次删除过期键操作,并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时间的影响
    • 2、定时删除策略有效的减少了因为过期键带来的内存浪费
  • 缺点

    • 确定删除操作执行的时长和频率

      删除操作执行得太频繁,或者执行时间太长,定期删除策略就退化为定时删除策略,以至于将CPU时间过多地消耗在删除过期键上。相反,则惰性删除策略一样,出现浪费内存的情况。所以使用定期删除策略,需要根据服务器的情况合理地设置删除操作的执行时长和执行频率。

其他环节如何处理过期键的(比如:AOF、RDB)

AOF
  • 写入
    • 当过期键被删除后,会在AOF文件增加一条DEL命令,来显式地记录该键已被删除。
  • 重写
    • 已过期的键不会保存在重写的AOF文件中
RDB
  • 生成

    • 程序会对数据路中的键进行检查,已过期的键不会保存到新创建的RDB文件中,因此数据库中的过期键不会对生成新的 RDB 文件造成影响
  • 载入

    • 1、主服务器载入RDB文件,会对文件中保存的键进行检查会忽略过期键加载未过期键

      如果服务器以主服务器模式运行,则在载入 RDB 文件时,程序会对文件中保存的键进行检查,过期键不会被载入到数据库中。所以过期键不会对载入 RDB 文件的主服务器造成影响。

    • 2、从服务器载入RDB文件,会加载文件所保存的所有键(过期和未过期),但从主服务器同步数据同时会清空从服务器的数据库

      如果服务器以从服务器模式运行,则在载入 RDB 文件时,不论键是否过期都会被载入到数据库中。但由于主从服务器在进行数据同步时,从服务器的数据会被清空。所以一般来说,过期键对载入 RDB 文件的从服务器也不会造成影响。

复制

当服务器运行在复制模式下时,从服务器的过期键删除动作由主服务器控制的,这样的好处主要为了保持主从服务器数据一致性

  • 1、主服务器在删除一个过期键之后,会显示地向所有的从服务器发送一个DEL命令,告知从服务器删除这个过期键
  • 2、从服务器在执行客户端发送的读取命令时,即使碰到过期键也不会将过期键删除,不作任何处理。
  • 3、只有接收到主服务器DEL命令后,从服务器进行删除处理。

Redis 服务器使用的是惰性删除和定期删除两种策略,通过配合使用,服务器可以很好的平衡 CPU 和内存。

    其中惰性删除为 redis 服务器内置策略。而定期删除可以通过以下两种方式设置: 1. 配置 redis.conf 的 hz 选项,默认为10 (即 1 秒执行 10 次,值越大说明刷新频率越快,对 Redis 性能损耗也越大) 2. 配置 redis.conf 的 maxmemory 最大值,当已用内存超过 maxmemory 限定时,就会触发主动清理策略

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