Redis删除过期key策略

前言

Redis是一款高性能的开源内存数据库，广泛应用于缓存、消息队列、实时分析等场景。在Redis中，我们经常需要删除过期的key，以释放内存空间并保持数据的有效性。本文将为您详细介绍Redis的过期key删除策略，帮助您更好地管理和优化Redis数据库。

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Redis中key的的过期时间

Redis 中可以为 key 设置过期时间,到期后 key 会自动被删除,过期时间可以通过以下几种方式设置:

1. 在创建 key 时使用 EXPIRE 命令设置过期时间(秒级)

   示例:

   EXPIRE key1 30 # 30秒过期
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2. 使用 EXPIREAT 命令设置一个精确的过期时间(unix 时间戳)

   示例:

   EXPIREAT key2 1651811000 # 2022-05-06 14:30:00 过期
   1

3. 使用 PEXPIRE 命令设置过期时间(毫秒级)

   示例：

   PEXPIRE key3 6000 # 6秒过期
   1

4. 使用 PEXPIREAT 命令设置毫秒级精确过期时间

   示例:

   PEXPIREAT key4 1651811000000 # 2022-05-06 14:30:00.000过期 
   1

5. 在 Redis 配置文件中设置所有 key 的默认过期时间

   通过 default-ttl 参数配置默认过期时间

   # redis.conf
   default-ttl 3600 # 默认1小时过期
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6. 使用 PERSIST 命令可以移除一个 key 的过期时间设置

   PERSIST key2 # 移除key2的过期时间
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7. 使用 TTL 命令可以查看一个 key 剩余的过期时间

   TTL key3 # 查看key3的剩余过期时间
   1

Redis 提供了灵活的 key 过期时间设置,可以按需为不同 key 设置过期时间。

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Redis过期键删除策略

Redis key过期的方式有三种：

• 被动删除：当读/写一个已经过期的key时，会触发惰性删除策略，直接删除掉这个过期key
• 主动删除：由于惰性删除策略无法保证冷数据被及时删掉，所以Redis会定期主动淘汰一批已过期的key
• 当前已用内存超过maxmemory限定时，触发主动清理策略

1、定时删除

定时删除是在设置key的过期时间的同时，会创建一个定时器（timer）。定时器在key的过期时间来临时，立即执行对key的删除操作。
此种删除策略可以保证过期key会尽可能快的被删除，并释放过期key所占用的内存。
但是此种策略对CPU时间是最不友好的。在过期key比较多的情况下，删除过期key这一行为可能会占用相当一部分CPU时间，在内存不紧张但是CPU时间非常紧张的情况下，将CPU时间用在删除和当前任务无关的过期key上，无疑会对服务器的响应时间和吞吐量造成影响。
例如，正有大量的命令请求在等待服务器处理，并且服务器当前不缺少内存的情况下，服务器应当优先将CPU时间用在处理客户端的命令请求上面，而不是用在删除过期key上面。
并且创建一个定时器（timer）需要用到Redis服务器中的时间事件，而当前时间事件是用无序链表实现的，查找一个事件的时间复杂度为O(N)，并不能高效地处理大量时间事件。要让服务器创建大量的定时器，从而实现定时删除，在现阶段来说并不现实。

优点:
1.可以自动清理不需要的缓存数据,减少内存占用。
2.可以定时刷新部分缓存,保证数据实时性。
3.可以根据业务需求自定义不同的数据缓存周期。
4.操作简单,只需要设置过期时间,不需要手动删除。

缺点:
1.需要额外的内存来存储 key 的过期时间。
2.过期删除是被动操作,无法按需主动删除。
3.过期时间的精度只到秒级,无法更细粒度控制。
4.如果过期 key 数量很多,过期删除时还是有一定性能开销。
5.只依赖过期时间可能导致一段时间内缓存量激增,需配合其它方式控制。

示例：

// 设置10秒过期
jedis.setex("data", 10, "cache"); 
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2、定期删除

定期删除是指Redis会每隔一段时间，对部分key进行检查和删除。具体来说，Redis会每隔一段时间随机抽取一部分key，检查其是否过期，如果过期则删除。

优点：

1.减少每次访问的时间复杂度。

2.减少删除操作对CPU时间的影响。

缺点：

可能会有一些过期key没有被及时删除。

通过定期删除策略，可以有效地减少因为过期key而带来的内存浪费。

示例：

// 定期扫描删除
public void delKeys(){
  Set keys = jedis.keys("cache:*");
  jedis.del(keys.toArray(new String[0])); 
}

// 调度执行
scheduledExecutorService.scheduleAtFixedRate(this::delKeys, 0, 1, TimeUnit.HOURS);
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3、惰性删除

惰性删除是指在访问某个key时，Redis会先检查该key是否过期，如果过期则立即删除。这种策略的优点是能够及时释放内存空间，但缺点是会增加每次访问的时间复杂度，因为需要进行过期检查。

惰性删除是定时删除和定期删除的折中处理方案。它放任key过期不管，但是每次获取key时，都会检查取得的key是否过期，如果过期，则删除该key；若没有过期，就返回该key的值。

优点：

对CPU时间来说是最友好的，只在取出key时，才对key进行过期检查，即只会在非做不可的情况下进行，并且删除的目标仅限于当前处理的key，不会在删除其他无关的过期key上花费任何CPU时间。

缺点：

对内存是最不友好的。如果一个key已经过期，而这个key又仍然保留在db中，那么只要这个过期key不被删除，它所占用的内存就不会释放。例如，如果db中有非常多的过期key，而这些过期key又恰好没有被访问到的话，那它们也许永远也不会被删除，除非用户手动执行flushdb命令清空，这样会导致大量的无用的脏数据占用大量的内存。

示例：

jedis.set("key", "value");
jedis.unlink("key"); // 惰性标记删除
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总结

Redis的过期key删除策略是惰性删除、定期删除和定时删除的混合策略。惰性删除能够及时释放内存空间，但会增加每次访问的时间复杂度；定期删除能够减少时间复杂度，但可能会有一些过期key没有被及时删除；定时删除能够精确控制过期时间，但需要额外的定时任务。通过这种混合策略，Redis能够在保证内存空间的同时，尽可能地减少对性能的影响。

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写在最后

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