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本篇文章帶大家了解一下redis中的過期操作和過期策略，介紹一下redis中設置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，這就意味著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 又是一個基于內存的數據庫，內存空間是非常有限的。【相關推薦：Redis視頻教程】

過期操作

過期設置

Redis 中設置過期時間主要通過以下四種方式：

expire key seconds：設置 key 在 n 秒后過期。
pexpire key milliseconds：設置 key 在 n 毫秒后過期。
expireat key timestamp：設置 key 在某個時間戳（精確到秒）之后過期。
pexpireat key millisecondsTimestamp：設置 key 在某個時間戳（精確到毫秒）之后過期。

可用命令 ttl key （以秒為單位）或 pttl key （以毫秒為單位）來查看 key 還有多久過期。

Redis 可以使用 time 命令查詢當前時間的時間戳（精確到秒）。

字符串中幾個直接操作過期時間的方法，如下列表：

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

移除過期時間

使用命令： persist key 可以移除鍵值的過期時間。-1 表示永不過期。

Java 實現過期操作

使用 Jedis 來實現對 Redis 的操作，代碼：

public?class?TTLTest?{ ????public?static?void?main(String[]?args)?throws?InterruptedException?{ ????????//?創建?Redis?連接 ????????Jedis?jedis?=?new?Jedis("xxx.xxx.xxx.xxx",?6379); ????????//?設置?Redis?密碼(如果沒有密碼，此行可省略) ????????jedis.auth("xxx"); ????????//?存儲鍵值對（默認情況下永不過期） ????????jedis.set("k",?"v"); ????????//?查詢?TTL（過期時間） ????????Long?ttl?=?jedis.ttl("k"); ????????//?打印過期日志 ????????//?過期時間：-1 ????????System.out.println("過期時間："?+?ttl); ????????//?設置?100s?后過期 ????????jedis.expire("k",?100); ????????//?等待?1s?后執行 ????????Thread.sleep(1000); ????????//?打印過期日志 ????????//?執行?expire?后的?TTL=99 ????????System.out.println("執行?expire?后的?TTL="?+?jedis.ttl("k")); ????} }

更多過期操作方法，如下列表：

pexpire(String key, long milliseconds)：設置 n 毫秒后過期。
expireAt(String key, long unixTime)：設置某個時間戳后過期（精確到秒）。
pexpireAt(String key, long millisecondsTimestamp)：設置某個時間戳后過期（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?{ ????????//?創建?Redis?連接 ????????Jedis?jedis?=?new?Jedis("xxx.xxx.xxx.xxx",?6379); ????????//?設置?Redis?密碼(如果沒有密碼，此行可省略) ????????jedis.auth("xxx"); ????????//?存儲鍵值對（默認情況下永不過期） ????????jedis.set("k",?"v"); ????????//?查詢?TTL（過期時間） ????????Long?ttl?=?jedis.ttl("k"); ????????//?打印過期日志 ????????System.out.println("過期時間："?+?ttl); ????????//?設置?100s?后過期 ????????jedis.expire("k",?100); ????????//?等待?1s?后執行 ????????Thread.sleep(1000); ????????//?打印過期日志 ????????System.out.println("執行?expire?后的?TTL="?+?jedis.ttl("k")); ????????//?設置?n?毫秒后過期 ????????jedis.pexpire("k",?100000); ????????//?設置某個時間戳后過期（精確到秒） ????????jedis.expireAt("k",?1573468990); ????????//?設置某個時間戳后過期（精確到毫秒） ????????jedis.pexpireAt("k",?1573468990000L); ????????//?移除過期時間 ????????jedis.persist("k"); ????} }

持久化中的過期鍵

RDB 中的過期鍵

RDB 文件分為兩個階段，RDB 文件生成階段和加載階段。

1. RDB 文件生成

RDB 加載分為以下兩種情況：

如果 Redis 是主服務器運行模式的話，在載入 RDB 文件時，程序會對文件中保存的鍵進行檢查，過期鍵不會被載入到數據庫中。所以過期鍵不會對載入 RDB 文件的主服務器造成影響；
如果 Redis 是從服務器運行模式的話，在載入 RDB 文件時，不論鍵是否過期都會被載入到數據庫中。但由于主從服務器在進行數據同步時，從服務器的數據會被清空。所以一般來說，過期鍵對載入 RDB 文件的從服務器也不會造成影響。

RDB 文件加載的源碼可以在 rdb.c 文件的 rdbLoad() 函數中找到，源碼所示：

/*?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.? * *?如果服務器為主節點的話， *?那么在鍵已經過期的時候，不再將它們關聯到數據庫中去 */ if?(server.masterhost?==?NULL?&amp;&amp;?expiretime?!=?-1?&amp;&amp;?expiretime?<h4 data-id="heading-6"><strong>AOF 中的過期鍵</strong></h4><p><strong>1. AOF 文件寫入</strong></p><p>當 Redis 以 AOF 模式持久化時，如果數據庫某個過期鍵還沒被刪除，那么 AOF 文件會保留此過期鍵，當此過期鍵被刪除后，Redis 會向 AOF 文件追加一條 DEL 命令來顯式地刪除該鍵值。</p><p><strong>2. AOF 重寫</strong></p><p>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保存到重寫后的 AOF 文件中，因此不會對 AOF 重寫造成任何影響。</p><p><strong><span style="font-size: 18px;">主從庫的過期鍵</span></strong></p><p>當 Redis 運行在主從模式下時，<strong>從庫不會進行過期掃描，從庫對過期的處理是被動的</strong>。也就是即使從庫中的 key 過期了，如果有客戶端訪問從庫時，依然可以得到 key 對應的值，像未過期的鍵值對一樣返回。</p><p><strong>從庫的過期鍵處理依靠主服務器控制</strong>，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，從庫通過執行這條 del 指令來刪除過期的 key。</p><h2 data-id="heading-8">過期策略</h2><blockquote>在 Redis 中我們可以給一些元素設置過期時間，那當它過期之后 Redis 是如何處理這些過期鍵呢？</blockquote><p><strong><span style="font-size: 18px;">過期鍵執行流程</span></strong></p><p>Redis 之所以能知道那些鍵值過期，是因為在 Redis 中維護了一個字典，存儲了所有設置了過期時間的鍵值，我們稱之為<strong>過期字典</strong>。</p><p><img src="https://img.php.cn/upload/image/392/844/256/1644372296414098.png" title="1644372296414098.png" alt="1.png"></p><p><strong><span   style="max-width:90%">過期鍵源碼分析</span></strong></p><p>過期鍵存儲在 redisDb 結構中，源代碼在 src/server.h 文件中（基于 Redis 5）：</p><pre class="brush:js;toolbar:false;">/*?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;?????????????????/*?數據庫鍵空間，存放著所有的鍵值對?*/ ????dict?*expires;??????????????/*?鍵的過期時間?*/ ????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;

過期鍵數據結構如下圖所示：

一文聊聊Redis中的過期操作和過期策略

過期策略

Redis 會刪除已過期的鍵值，以此來減少 Redis 的空間占用，但因為 Redis 本身是單線的，如果因為刪除操作而影響主業務的執行就得不償失了，為此 Redis 需要制定多個（過期）刪除策略來保證正常執行的性能。

定時刪除

在設置鍵值過期時間時，創建一個定時事件，當過期時間到達時，由事件處理器自動執行鍵的刪除操作。

優點：保證內存可以被盡快地釋放。
缺點：在 Redis 高負載的情況下或有大量過期鍵需要同時處理時，會造成 Redis 服務器卡頓，影響主業務執行。

惰性刪除

不主動刪除過期鍵，每次從數據庫獲取鍵值時判斷是否過期，如果過期則刪除鍵值，并返回 null。

優點：因為每次訪問時，才會判斷過期鍵，所以此策略只會使用很少的系統資源。
缺點：系統占用空間刪除不及時，導致空間利用率降低，造成了一定的空間浪費。

源碼解析

惰性刪除的源碼位于 src/db.c 文件的 expireIfNeeded 方法中，源碼如下：

int?expireIfNeeded(redisDb?*db,?robj?*key)?{ ????//?判斷鍵是否過期 ????if?(!keyIsExpired(db,key))?return?0; ????if?(server.masterhost?!=?NULL)?return?1; ????/*?刪除過期鍵?*/ ????//?增加過期鍵個數 ????server.stat_expiredkeys++; ????//?傳播鍵過期的消息 ????propagateExpire(db,key,server.lazyfree_lazy_expire); ????notifyKeyspaceEvent(NOTIFY_EXPIRED, ????????"expired",key,db-&gt;id); ????//?server.lazyfree_lazy_expire?為?1?表示異步刪除（懶空間釋放），反之同步刪除 ????return?server.lazyfree_lazy_expire???dbAsyncDelete(db,key)?: ?????????????????????????????????????????dbSyncDelete(db,key); } //?判斷鍵是否過期 int?keyIsExpired(redisDb?*db,?robj?*key)?{ ????mstime_t?when?=?getExpire(db,key); ????if?(when??when; } //?獲取鍵的過期時間 long?long?getExpire(redisDb?*db,?robj?*key)?{ ????dictEntry?*de; ????/*?No?expire??return?ASAP?*/ ????if?(dictSize(db-&gt;expires)?==?0?|| ???????(de?=?dictFind(db-&gt;expires,key-&gt;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-&gt;dict,key-&gt;ptr)?!=?NULL); ????return?dictGetSignedIntegerVal(de); }

所有對數據庫的讀寫命令在執行之前，都會調用 expireIfNeeded 方法判斷鍵值是否過期，過期則會從數據庫中刪除，反之則不做任何處理。

一文聊聊Redis中的過期操作和過期策略

定期刪除

每隔一段時間檢查一次數據庫，隨機刪除一些過期鍵。

Redis 默認每秒進行 10 次過期掃描，此配置可通過 Redis 的配置文件 redis.conf 進行配置，配置鍵為 hz 它的默認值是 hz 10。

注意：Redis 每次掃描并不是遍歷過期字典中的所有鍵，而是采用隨機抽取判斷并刪除過期鍵的形式執行的。

定期刪除流程

從過期字典中隨機取出 20 個鍵。
刪除這 20 個鍵中過期的鍵。
如果過期 key 的比例超過 25%，重復步驟 1。

同時為了保證過期掃描不會出現循環過度，導致線程卡死現象，算法還增加了掃描時間的上限，默認不會超過 25ms。

一文聊聊Redis中的過期操作和過期策略

優點：通過限制刪除操作的時長和頻率，來減少刪除操作對 Redis 主業務的影響，同時也能刪除一部分過期的數據減少了過期鍵對空間的無效占用。
缺點：內存清理方面沒有定時刪除效果好，同時沒有惰性刪除使用的系統資源少。

源碼解析

定期刪除的核心源碼在 src/expire.c 文件下的 activeExpireCycle 方法中，源碼如下：

void?activeExpireCycle(int?type)?{ ????static?unsigned?int?current_db?=?0;?/*?上次定期刪除遍歷到的數據庫ID?*/ ????static?int?timelimit_exit?=?0;??????/*?Time?limit?hit?in?previous?call??*/ ????static?long?long?last_fast_cycle?=?0;?/*?上一次執行快速定期刪除的時間點?*/ ????int?j,?iteration?=?0; ????int?dbs_per_call?=?CRON_DBS_PER_CALL;?//?每次定期刪除，遍歷的數據庫的數量 ????long?long?start?=?ustime(),?timelimit,?elapsed; ????if?(clientsArePaused())?return; ????if?(type?==?ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_FAST)?{ ????????if?(!timelimit_exit)?return; ????????//?ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_FAST_DURATION?是快速定期刪除的執行時長 ????????if?(start??server.dbnum?||?timelimit_exit) ????????dbs_per_call?=?server.dbnum; ????//?慢速定期刪除的執行時長 ????timelimit?=?1000000*ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_SLOW_TIME_PERC/server.hz/100; ????timelimit_exit?=?0; ????if?(timelimit??ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_LOOKUPS_PER_LOOP) ????????????????num?=?ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_LOOKUPS_PER_LOOP; ????????????//?從數據庫中隨機選取?num?個鍵進行檢查 ????????????while?(num--)?{ ????????????????dictEntry?*de; ????????????????long?long?ttl; ????????????????if?((de?=?dictGetRandomKey(db-&gt;expires))?==?NULL)?break; ????????????????ttl?=?dictGetSignedInteger ????????????????//?過期檢查，并對過期鍵進行刪除 ????????????????if?(activeExpireCycleTryExpire(db,de,now))?expired++; ????????????????if?(ttl?&gt;?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-&gt;avg_ttl?==?0)?db-&gt;avg_ttl?=?avg_ttl; ????????????????db-&gt;avg_ttl?=?(db-&gt;avg_ttl/50)*49?+?(avg_ttl/50); ????????????} ????????????if?((iteration?&amp;?0xf)?==?0)?{?/*?check?once?every?16?iterations.?*/ ????????????????elapsed?=?ustime()-start; ????????????????if?(elapsed?&gt;?timelimit)?{ ????????????????????timelimit_exit?=?1; ????????????????????server.stat_expired_time_cap_reached_count++; ????????????????????break; ????????????????} ????????????} ????????????/*?每次檢查只刪除?ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_LOOKUPS_PER_LOOP/4?個過期鍵?*/ ????????}?while?(expired?&gt;?ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_LOOKUPS_PER_LOOP/4); ????} ????//?....... }

activeExpireCycle 方法在規定的時間，分多次遍歷各個數據庫，從過期字典中隨機檢查一部分過期鍵的過期時間，刪除其中的過期鍵。

這個函數有兩種執行模式，一個是快速模式一個是慢速模式，體現是代碼中的 timelimit 變量，這個變量是用來約束此函數的運行時間的。快速模式下 timelimit 的值是固定的，等于預定義常量 ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_FAST_DURATION，慢速模式下，這個變量的值是通過 1000000 * ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_SLOW_TIME_PERC/server.hz/100 計算的。