redis的過期時(shí)間和過期刪除機(jī)制原理

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一：設(shè)置過期時(shí)間

redis有四種命令可以用于設(shè)置鍵的生存時(shí)間和過期時(shí)間：

EXPIRE   : 將鍵的生存時(shí)間設(shè)為 ttl 秒    PEXPIRE   :將鍵的生存時(shí)間設(shè)為 ttl 毫秒EXPIREAT   :將鍵的過期時(shí)間設(shè)為 timestamp 所指定的秒數(shù)時(shí)間戳PEXPIREAT  : 將鍵的過期時(shí)間設(shè)為 timestamp 所指定的毫秒數(shù)時(shí)間戳.

二：保存過期時(shí)間

那么redis里面對(duì)這些key的過期時(shí)間和生存時(shí)間的信息是怎么保存的呢？？
答：在數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)redisDb中的expires字典中保存了數(shù)據(jù)庫中所有鍵的過期時(shí)間，我們稱expire這個(gè)字典為過期字典。
（1）過期字典是一個(gè)指針，指向鍵空間的某個(gè)鍵對(duì)象。
（2）過期字典的值是一個(gè)longlong類型的整數(shù)，這個(gè)整數(shù)保存了鍵所指向的數(shù)據(jù)庫鍵的過期時(shí)間–一個(gè)毫秒級(jí)的 UNIX 時(shí)間戳。

下圖是一個(gè)帶過期字典的數(shù)據(jù)庫例子：

過期字典是存儲(chǔ)在redisDb這個(gè)結(jié)構(gòu)里的：

typedef struct redisDb {    ...        dict *dict;     //數(shù)據(jù)庫鍵空間,保存著數(shù)據(jù)庫中所有鍵值對(duì)    dict *expires   // 過期字典,保存著鍵的過期時(shí)間    ...} redisDb;

從以上結(jié)構(gòu)中可以看到expire字典(過期字典)和dict字典（數(shù)據(jù)庫鍵空間，保存著數(shù)據(jù)庫中所有鍵值對(duì)）是并列的，由此可見expire字典的重要性。

三：移除過期時(shí)間

PERSIST 命令可以移除一個(gè)鍵的過期時(shí)間:

127.0.0.1:6379> set message "hello"OK127.0.0.1:6379> expire message 60(integer) 1127.0.0.1:6379> ttl message(integer) 54127.0.0.1:6379> persist message(integer) 1127.0.0.1:6379> ttl message(integer) -1

persist命令就是expire命令的反命令，這個(gè)函數(shù)在過期字典中查找給定的鍵,并從過期字典中移除。
比如在數(shù)據(jù)庫當(dāng)前狀態(tài)(如上圖所示)，當(dāng)給book這個(gè)key移除過期時(shí)間：

redis> persist book(integer) 1

數(shù)據(jù)庫將更新成如下狀態(tài)：

可以從圖中看到,當(dāng)PERSIST book命令執(zhí)行之后,過期字典中的 book 鍵消失了。

四：計(jì)算并返回剩余生存時(shí)間

ttl命令以秒為單位返回指定鍵的剩余生存時(shí)間。pttl以毫秒返回。兩個(gè)命令都是通過計(jì)算當(dāng)前時(shí)間和過期時(shí)間的差值得到剩余生存期的。

127.0.0.1:6379> set minping shuxinOK127.0.0.1:6379> expire minping 60(integer) 1127.0.0.1:6379> ttl minping(integer) 57127.0.0.1:6379> ttl minping(integer) 27127.0.0.1:6379> pttl minping(integer) 23839127.0.0.1:6379>

redis源碼為：

void ttlCommand(redisClient *c) {    ttlGenericCommand(c, 0);}void pttlCommand(redisClient *c) {    ttlGenericCommand(c, 1);}void ttlGenericCommand(redisClient *c, int output_ms) {    long long expire, ttl = -1;    /* 如果鍵不存在,返回-2 */    if (lookupKeyRead(c->db,c->argv[1]) == NULL) {        addReplyLongLong(c,-2);        return;    }        /* 如果鍵存在*/    /*如果沒有設(shè)置生存時(shí)間,返回 -1, 否則返回實(shí)際剩余時(shí)間 */    expire = getExpire(c->db,c->argv[1]);    if (expire != -1) {        /* 過期時(shí)間減去當(dāng)前時(shí)間,就是鍵的剩余時(shí)間*/        ttl = expire-mstime();        if (ttl < 0) ttl = 0;    }    if (ttl == -1) {        addReplyLongLong(c,-1);    } else {         /*將毫秒轉(zhuǎn)化為秒*/        addReplyLongLong(c,output_ms ? ttl : ((ttl+500)/1000));    }}

五：過期鍵的刪除策略

如果一個(gè)鍵是過期的，那它到了過期時(shí)間之后是不是馬上就從內(nèi)存中被被刪除呢？？如果不是，那過期后到底什么時(shí)候被刪除呢？？

其實(shí)有三種不同的刪除策略：
（1）：立即刪除。在設(shè)置鍵的過期時(shí)間時(shí)，創(chuàng)建一個(gè)回調(diào)事件，當(dāng)過期時(shí)間達(dá)到時(shí)，由時(shí)間處理器自動(dòng)執(zhí)行鍵的刪除操作。
（2）：惰性刪除。鍵過期了就過期了，不管。每次從dict字典中按key取值時(shí)，先檢查此key是否已經(jīng)過期，如果過期了就刪除它，并返回nil，如果沒過期，就返回鍵值。
（3）：定時(shí)刪除。每隔一段時(shí)間，對(duì)expires字典進(jìn)行檢查，刪除里面的過期鍵。
可以看到，第二種為被動(dòng)刪除，第一種和第三種為主動(dòng)刪除，且第一種實(shí)時(shí)性更高。下面對(duì)這三種刪除策略進(jìn)行具體分析。

立即刪除

立即刪除能保證內(nèi)存中數(shù)據(jù)的最大新鮮度，因?yàn)樗ＷC過期鍵值會(huì)在過期后馬上被刪除，其所占用的內(nèi)存也會(huì)隨之釋放。但是立即刪除對(duì)cpu是最不友好的。因?yàn)閯h除操作會(huì)占用cpu的時(shí)間，如果剛好碰上了cpu很忙的時(shí)候，比如正在做交集或排序等計(jì)算的時(shí)候，就會(huì)給cpu造成額外的壓力。

而且目前redis事件處理器對(duì)時(shí)間事件的處理方式--無序鏈表，查找一個(gè)key的時(shí)間復(fù)雜度為O(n),所以并不適合用來處理大量的時(shí)間事件。

惰性刪除

惰性刪除是指，某個(gè)鍵值過期后，此鍵值不會(huì)馬上被刪除，而是等到下次被使用的時(shí)候，才會(huì)被檢查到過期，此時(shí)才能得到刪除。所以惰性刪除的缺點(diǎn)很明顯:浪費(fèi)內(nèi)存。dict字典和expires字典都要保存這個(gè)鍵值的信息。

舉個(gè)例子，對(duì)于一些按時(shí)間點(diǎn)來更新的數(shù)據(jù)，比如log日志，過期后在很長的一段時(shí)間內(nèi)可能都得不到訪問，這樣在這段時(shí)間內(nèi)就要拜拜浪費(fèi)這么多內(nèi)存來存log。這對(duì)于性能非常依賴于內(nèi)存大小的redis來說，是比較致命的。

定時(shí)刪除

從上面分析來看，立即刪除會(huì)短時(shí)間內(nèi)占用大量cpu，惰性刪除會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)浪費(fèi)內(nèi)存，所以定時(shí)刪除是一個(gè)折中的辦法。
定時(shí)刪除是：每隔一段時(shí)間執(zhí)行一次刪除操作，并通過限制刪除操作執(zhí)行的時(shí)長和頻率，來減少刪除操作對(duì)cpu的影響。另一方面定時(shí)刪除也有效的減少了因惰性刪除帶來的內(nèi)存浪費(fèi)。

六：redis使用的策略

redis使用的過期鍵值刪除策略是：惰性刪除加上定期刪除，兩者配合使用。

到此，關(guān)于“redis的過期時(shí)間和過期刪除機(jī)制原理”的學(xué)習(xí)就結(jié)束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實(shí)踐的搭配能更好的幫助大家學(xué)習(xí)，快去試試吧！若想繼續(xù)學(xué)習(xí)更多相關(guān)知識(shí)，請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站，小編會(huì)繼續(xù)努力為大家?guī)砀鄬?shí)用的文章！