本文参考 嗨客网 Redis 面试题

Redis面试题 Redis过期策略及实现原理

Redis 过期策略及实现原理#

描述#

我们在使用 Redis 时，一般会设置一个过期时间，当然也有不设置过期时间的，也就是永久不过期。当我们设置了过期时间，Redis 是如何判断是否过期，以及根据什么策略来进行删除的。

redis 过期时间设置#

语法#

以秒为单位设置过期，这是最常用的方式#

EXPIRE KEY time
​

字符串独有的方式#

SETEX KEY_NAME TIMEOUT VALUE

说明#

除了 字符串 自己独有设置过期时间的方法外，其他方法都需要依靠 EXPIRE 方法来设置时间，如果没有设置时间，那缓存就是永不过期。

如果设置了过期时间，之后又想让缓存永不过期，使用 persist KEY。

三种过期策略#

定时删除#

含义#

在设置 KEY 的过期时间的同时，为该 KEY 创建一个定时器，让定时器在 KEY 的过期时间来临时，对 KEY 进行删除。

优点#

该方法可以保证内存被尽快释放。

缺点#

若过期 KEY 很多，删除这些 KEY 会占用很多的 CPU 时间，在 CPU 时间紧张的情况下，CPU 不能把所有的时间用来做要紧的事儿，还需要去花时间删除这些 KEY。

定时器的创建耗时，若为每一个设置过期时间的 KEY 创建一个定时器（将会有大量的定时器产生），性能影响严重。

懒汉式删除#

含义#

KEY 过期的时候不删除，每次通过 KEY 获取值的时候去检查是否过期，若过期，则删除，返回 null。

优点#

删除操作只发生在通过 KEY 取值的时候，而且只删除当前 KEY，所以对 CPU 时间的占用是比较少的，而且此时的删除是已经到了非做不可的地步（如果此时还不删除的话，我们就会获取到了已经过期的 KEY 了）。

缺点#

若大量的 KEY 在超出超时时间后，很久一段时间内，都没有被获取过，那么可能发生内存泄露（无用的垃圾占用了大量的内存）。

定期删除#

含义#

每隔一段时间执行一次删除过期 KEY 操作。

优点#

通过限制删除操作的时长和频率，来减少删除操作对 CPU 时间的占用。

缺点#

在内存友好方面，不如 ” 定时删除”（会造成一定的内存占用，但是没有懒汉式那么占用内存），在 CPU 时间友好方面，不如 ” 懒汉式删除”（会定期的去进行比较和删除操作，cpu 方面不如懒汉式，但是比定时好）。

难点是合理设置删除操作的执行时长（每次删除执行多长时间）和执行频率（每隔多长时间做一次删除）（这个要根据服务器运行情况来定了），每次执行时间太长，或者执行频率太高对 cpu 都是一种压力。每次进行定期删除操作执行之后，需要记录遍历循环到了哪个标志位，以便下一次定期时间来时，从上次位置开始进行循环遍历。

说明#

memcached 只是用了惰性删除，而 redis 同时使用了惰性删除与定期删除，这也是二者的一个不同点（可以看做是 redis 优于 memcached 的一点）。

对于懒汉式删除而言，并不是只有获取 KEY 的时候才会检查 KEY 是否过期，在某些设置 KEY 的方法上也会检查，比如 SETNEX 命令，因为 SETNX 命令是在 KEY 不存在的情况下才设置，因为，如果不做过期 KEY 检查，那么直接设置，就会与我们原来的意思相违背。

定时任务#

单线程的 redis，如何知道要运行定时任务？

redis 是单线程的，线程不但要处理定时任务，还要处理客户端请求，线程不能阻塞在定时任务或处理客户端请求上，那么，redis 是如何知道何时该运行定时任务的呢？

Redis 的定时任务会记录在一个称为最小堆的数据结构中。这个堆中，最快要执行的任务排在堆的最上方。在每个循环周期，Redis 都会将最小堆里面已经到点的任务立即进行处理。处理完毕后，将最快要执行的任务还需要的时间记录下来，这个时间就是接下来处理客户端请求的最大时长，若达到了该时长，则暂时不处理客户端请求而去运行定时任务。

配置#

Redis 中定期删除使用的是统一的一个定时器，定时器执行的时长默认为 10，具体配置如下：

提高它的值将会占用更多的 cpu，当然相应的 redis 将会更快的处理同时到期的许多 key，以及更精确的去处理超时。 hz 的取值范围是 1~500，通常不建议超过 100，只有在请求延时非常低的情况下可以将值提升到 100。

Redis 采用的过期策略#

说明#

Redis 采用的是懒汉式删除 + 定期删除。

懒汉式删除流程#

1. 在进行 GET 或 SETNX 等操作时，先检查 KEY 是否过期；

2. 若过期，删除 KEY，然后执行相应操作；

3. 若没过期，直接执行相应操作；

定期删除流程#

简单而言，对指定 N 个库的每一个库随机删除小于等于指定 M 个过期 KEY，具体流程如下：

1. 遍历每个数据库（就是 redis.conf 中配置的 ”database” 数量，默认为 16）

2. 检查当前库中的指定个数个 KEY（默认是每个库检查 20 个 KEY，注意相当于该循环执行 20 次，循环体是下边的描述）

3. 如果当前库中没有一个 KEY 设置了过期时间，直接执行下一个库的遍历随机

4. 获取一个设置了过期时间的 KEY，检查该 KEY 是否过期，如果过期，删除 KEY 判断定期删除操作是否已经达到指定时长，若已经达到，直接退出定期删除。

对于定期删除，在程序中有一个全局变量 current_db 来记录下一个将要遍历的库，假设有 16 个库，我们这一次定期删除遍历了 10 个，那此时的 current_db 就是 11，下一次定期删除就从第 11 个库开始遍历，假设 current_db 等于 15 了，那么之后遍历就再从 0 号库开始（此时 current_db==0）。

更多#

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