概述
Redis 是一种常用的内存数据库,其所有的数据结构都可以设置过期时间,时间一到,就会自动删除。你可以想象 Redis 内部有一个死神,时刻盯着所有设置了过期时间的 key,寿命一到就会立即收割。
你还可以进一步站在死神的角度思考,会不会因为同一时间太多的 key 过期,以至于忙不过来。同时因为 Redis 是单线程的,收割的时间也会占用线程的处理时间,如果收割的太过于繁忙,会不会导致线上读写指令出现卡顿。所有在过期这件事上,Redis 非常小心。
一、Redis 数据过期
1.1 Redis中key的过期时间
通过 EXPIRE key seconds
命令来设置数据的过期时间。返回1表明设置成功,返回0表明key不存在或者不能成功设置过期时间。在key上设置了过期时间后key将在指定的秒数后被自动删除。
bash
127.0.0.1:6379> SETEX key 5 value
OK
127.0.0.1:6379> ttl s
(integer) 5
127.0.0.1:6379> GET key
"value"
127.0.0.1:6379> GET key ## 5 秒过后
(nil)
命令 TTL 用于返回给定键距离过期还有多长时间。注意:当key被DEL命令删除或者被SET、GETSET命令重置后与之关联的过期时间会被清除。
Redis 有四个命令可以设置键的生存时间(可以存活多久)和过期时间(什么时候到期),如下表所示:
命令 | 说明 |
---|---|
expire key seconds | 以秒为单位设置键的生存时间 |
pexpire key milliseconds | 以毫秒为单位设置键的生存时间 |
expireat key timestamp | 以秒为单位,设置键的过期 UNIX 时间戳 |
pexpireat key milliseconds-timestamp | 以毫秒为单位,设置键的过期 UNIX 时间戳 |
1.2 基于时间的过期策略
-
在Redis中,可以使用EXPIRE和PEXPIRE命令为键设置生存时间,以秒或毫秒为单位。例如:
bash# 设置多少秒后过期 EXPIRE key seconds # 设置多少毫秒后过期 PEXPIRE key milliseconds # 设置 key 过期时间的时间戳(unix timestamp) 以秒计 EXPIREAT key timestamp # 设置 key 过期时间的时间戳(unix timestamp) 以毫秒计 PEXPIREAT key milliseconds-timestamp
-
可以使用TTL命令或PTTL命令来查看键的剩余生存时间(以秒或毫秒为单位)。例如:
bash# 以秒为单位,返回给定 key 的剩余生存时间 TTL key # 以毫秒为单位返回 key 的剩余的过期时间 PTTL key
-
可以使用PERSIST命令来取消键的生存时间,使其永久保存。例如:
bash# 移除key的过期时间,key将保持永久 PERSIST key
二、Redis数据过期策略
Redis的过期策略主要是通过定时删除、惰性删除和定期删除三种方式来管理键的生命周期。
数据过期策略 定时删除 定期删除 惰性删除
过期策略 | 说明 |
---|---|
定时删除 | 为每个设置了过期时间的键创建一个定时器,一旦过期就立即删除。 但是这种方式可能会消耗大量的CPU资源,因此Redis默认不使用这种策略。 |
定期删除 | 每隔一段时间随机抽查一些键,删除其中已经过期的键。 这种方式是前两种方式的折衷,结合了定时任务和惰性删除的优点,是Redis默认采用的策略。 |
惰性删除 | 只有在访问键时,才会检查键是否过期,过期则删除。 这种方式可以最大程度地节省CPU资源,但可能会导致大量的空间浪费。 |
2.1 定时删除
Redis 在设置键的过期时间时,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。定时删除策略对内存是最友好的,因为它保证过期键会在第一时间被删除, 过期键所消耗的内存会立即被释放。但它对 CPU 时间是最不友好的,因为删除操作可能会占用大量的 CPU 时间,将 CPU 时间花在删除那些和当前任务无关的过期键上,从而影响缓存的响应时间和吞吐量,这种做法毫无疑问会是低效的,因此Redis默认不使用这种策略。
2.2 定期删除
Redis 的定期删除策略是一种平衡的方法,它定时地检查 Redis 库中的过期数据,采用随机抽样的方法,根据过期数据的比例来调整删除的速度。过期数据的比例是指 Redis 在定期删除策略中,根据每次随机抽样的键中有多少是过期的来决定是否继续删除。如果过期的键比例超过 1/4,就继续抽样和删除。这样可以根据过期数据的密集程度来控制删除的频率,避免过多占用 CPU 资源或内存空间。
Redis 会将每个设置了过期时间的 key 存入到一个单独的字典中,默认每秒进行 10 次过期检查一次数据库。每次检查数据库并不是遍历过期的所有 key,而是从数据库中随机抽取一定数量的 key 进行过期检查。接下来,详细说说 Redis 的定期删除的流程。
是 否 是 否 开始 随机抽取 20 个 key 删除已经过期的 key 判断执行时间
是否超过上限 stop 判断过期 key
比例超过 1/4
此时,会有人问"至于为什么不扫描所有的 key?",这个问题很简单,Redis 作为一个单线程系统,全面扫描所有键值对可能会大幅度地影响性能。因此,Redis 限制每次过期扫描的最大耗时,这个限制默认是 25ms。如果用户将操作超时设置得太短,比如 10ms,那么许多连接可能会由于超时而关闭,导致应用出现许多异常。此时,Redis 的慢查询日志可能并没有任何记录,因为慢查询记录的只是命令的处理时间,而不包括等待时间。当大量键值对在同一时刻过期时,Redis 会多次扫描过期字典,直到过期键的比例低于四分之一。这可能会导致短暂的系统卡顿,尤其在并发请求高的情况下,这可能引发所谓的缓存雪崩。
2.3 惰性删除
与定期删除不同,懒惰删除策略并不会定时地去扫描和删除过期的键,而是在每次访问 key 时,才会判断该key是否已过期。若是过期则清除,并且删除的目标仅限于当前处理的键;如果没有过期,不做任何处理,然后返回正常的键值对给客户端。如下图所示:
是 否 开始 对 key 进行读写操作 判断 key
是否已过期 删除已过期 key 返回 null 给客户端 正常进行读写操作 返回数据客户端 结束
惰性删除对比定期删除而言,可以节省处理器时间,因为只有在键被访问时,Redis 才会去检查并删除过期的键。这种策略在很多情况下都能有效地处理过期的键,因为很多过期的键可能永远都不会被访问,因此没有必要花费时间去删除它们。
然而,惰性删除可能会导致过期的键占用内存空间。因为只有在键被访问时,Redis才会删除它,如果一个过期的键一直没有被访问,那么它就会一直占用内存空间,这在内存紧张的环境下可能会成为一个问题。举个例子, 对于一些按时间点来更新的数据, 比如日志(log), 在某个时间点之后, 对它们的访问就会大大减少, 如果大量的这些过期数据积压在数据库里面, 用户以为它们已经过期了(已经被删除了), 但实际上这些键却没有真正的被删除(内存也没有被释放), 那结果肯定是非常糟糕。
三、结语
Redis 缓存的过期策略是保证缓存可靠性和性能的关键之一,通过设置键值对缓存、设置过期时间、取消过期时间和查看 Redis 内存使用情况等操作,可以实现对缓存的控制和管理。需要注意的是,在设置缓存过期时间时,应根据业务场景和数据类型来选择合适的时间。