1 面試題

Redis 如何處理已過期的元素？

2?涉及知識點

此問題涉及以下知識點：

• 過期刪除策略有哪些？

• 這些過期策略有哪些優(yōu)缺點？

• Redis 使用的是什么過期策略？

• Redis 是如何優(yōu)化和執(zhí)行過期策略的？

3 答案

常見的過期策略：

• 定時刪除

• 惰性刪除

• 定期刪除

1）定時刪除

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

① 優(yōu)點

保證內(nèi)存可以被盡快的釋放

② 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(yè)務執(zhí)行。

2）惰性刪除

不主動刪除過期鍵，每次從數(shù)據(jù)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。

① 優(yōu)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(tǒng)資源。

② 缺點

系統(tǒng)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。

③?Redis 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(shù)server.stat_expiredkeys++;// 傳播鍵過期的消息propagateExpire(db,key,server.lazyfree_lazy_expire);notifyKeyspaceEvent(NOTIFY_EXPIRED,"expired",key,db->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 < 0) return 0; /* No expire for this key *//* Don't expire anything while loading. It will be done later. */if (server.loading) return 0;mstime_t now = server.lua_caller ? server.lua_time_start : mstime();return now > 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->expires) == 0 ||(de = dictFind(db->expires,key->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->dict,key->ptr) != NULL);return dictGetSignedIntegerVal(de); }

所有對數(shù)據(jù)庫的讀寫命令在執(zhí)行之前，都會調(diào)用 expireIfNeeded 方法判斷鍵值是否過期，過期則會從數(shù)據(jù)庫中刪除，反之則不做任何處理。

3）定期刪除

每隔一段時間檢查一次數(shù)據(jù)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 。

需要注意的是：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(zhí)行的。

定期刪除的執(zhí)行流程：

① 優(yōu)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(yè)務的影響，同時也能刪除一部分過期的數(shù)據(jù)減少了過期鍵對空間的無效占用。

②?缺點

內(nèi)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(tǒng)資源少。

③?Redis 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(shù)據(jù)庫ID */static int timelimit_exit = 0; /* Time limit hit in previous call? */static long long last_fast_cycle = 0; /* 上一次執(zhí)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(shù)據(jù)庫的數(shù)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(zhí)行時長if (start < last_fast_cycle + ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_FAST_DURATION*2) return;last_fast_cycle = start;}if (dbs_per_call > server.dbnum || timelimit_exit)dbs_per_call = server.dbnum;// 慢速定期刪除的執(zhí)行時長timelimit = 1000000*ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_SLOW_TIME_PERC/server.hz/100;timelimit_exit = 0;if (timelimit <= 0) timelimit = 1;if (type == ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_FAST)timelimit = ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_FAST_DURATION; /* 刪除操作的執(zhí)行時長 */long total_sampled = 0;long total_expired = 0;for (j = 0; j < dbs_per_call && timelimit_exit == 0; j++) {int expired;redisDb *db = server.db+(current_db % server.dbnum);current_db++;do {// .......expired = 0;ttl_sum = 0;ttl_samples = 0;// 每個數(shù)據(jù)庫中檢查的鍵的數(shù)量if (num > ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_LOOKUPS_PER_LOOP)num = ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_LOOKUPS_PER_LOOP;// 從數(shù)據(jù)庫中隨機選取 num 個鍵進行檢查while (num--) {dictEntry *de;long long ttl;if ((de = dictGetRandomKey(db->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 > 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->avg_ttl == 0) db->avg_ttl = avg_ttl;db->avg_ttl = (db->avg_ttl/50)*49 + (avg_ttl/50);}if ((iteration & 0xf) == 0) { /* check once every 16 iterations. */elapsed = ustime()-start;if (elapsed > 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 > ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_LOOKUPS_PER_LOOP/4);}// ....... }

activeExpireCycle 方法在規(guī)定的時間，分多次遍歷各個數(shù)據(jù)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(shù)有兩種執(zhí)行模式，一個是快速模式一個是慢速模式，體現(xiàn)是代碼中的 timelimit 變量，這個變量是用來約束此函數(shù)的運行時間的?？焖倌Ｊ较?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。

總結

本文講了常見的過期刪除策略：

• 定時刪除

• 惰性刪除

• 定期刪除 而 Redis 使用的是惰性刪除 + 定期刪除的組合策略。

【END】

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總結

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