Redis键过期-内存淘汰-持久化原理

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转载最新推荐文章于 2026-06-13 15:24:21 发布 2.3k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

Redis 数据淘汰与持久化策略详解 Redis 提供两种持久化机制：RDB（快照）和 AOF（日志追加），也可同时使用。理解这些策略对优化 Redis 性能和保障数据安全至关重要。Redis 作为内存数据库，提供了多种数据管理策略，主要分为。限制时，会根据配置的策略淘汰数据。当 Redis 内存使用达到。Redis 处理过期键的策略是。阅读详情

1. Redis数据过期策略

转自：https://www.cnblogs.com/xuliangxing/p/7151812.html

1.1 设置过期时间

Redis对存储值的过期处理实际上是针对该值的键（key）处理的，即时间的设置也是设置key的有效时间。Expires字典保存了所有键的过期时间，Expires也被称为过期字段。

expire key time(以秒为单位)–这是最常用的方式
setex(String key, int seconds, String value)–字符串独有的方式
注：
　　1、除了字符串自己独有设置过期时间的方法外，其他方法都需要依靠expire方法来设置时间。
　　2、如果没有设置时间，那缓存就是永不过期。
　　3、如果设置了过期时间，之后又想让缓存永不过期，使用persist <key>。

1.1.1 常用方式

一般主要包括4种处理过期方，其中expire都是以秒为单位，pexpire都是以毫秒为单位的。

1 EXPIRE key seconds　　//将key的生存时间设置为ttl秒
2 PEXPIRE key milliseconds　　//将key的生成时间设置为ttl毫秒
3 EXPIREAT key timestamp　　//将key的过期时间设置为timestamp所代表的的秒数的时间戳
4 PEXPIREAT key milliseconds-timestamp　　//将key的过期时间设置为timestamp所代表的的毫秒数的时间戳

1.1.2 字符串独有方式

对字符串特殊处理的方式为SETEX命令，SETEX命令为指定的 key 设置值及其过期时间。如果 key 已经存在， SETEX 命令将会替换旧的值。

返回值

设置成功时返回 OK 。

语法

Redis Setex 命令基本语法如下：

SETEX KEY_NAME TIMEOUT VALUE

示例

redis 127.0.0.1:6379> SETEX mykey 60 redis
OK
redis 127.0.0.1:6379> TTL mykey
60
redis 127.0.0.1:6379> GET mykey

1.2 三种过期策略

1.2.1 定时删除

含义：在设置key的过期时间的同时，为该key创建一个定时器，让定时器在key的过期时间来临时对key进行删除

优点：保证内存被尽快释放

缺点：

若过期key很多，删除这些key会占用很多的CPU时间，在CPU时间紧张的情况下，CPU不能把所有的时间用来做要紧的事儿，还需要去花时间删除这些key。
定时器的创建耗时，若为每一个设置过期时间的key创建一个定时器（将会有大量的定时器产生），性能影响严重
没人用。

1.2.2 惰性删除

含义：key过期的时候不删除，每次从数据库获取key的时候去检查是否过期，若过期，则删除，返回null。

优点：删除操作只发生在从数据库取出key的时候发生，而且只删除当前key，所以对CPU时间的占用是比较少的，而且此时的删除是已经到了非做不可的地步（如果此时还不删除的话，我们就会获取到了已经过期的key了）

缺点：若大量的key在超出超时时间后，很久一段时间内，都没有被获取过，那么可能发生内存泄露（无用的垃圾占用了大量的内存）。

1.2.3 定期删除

含义：每隔一段时间执行一次删除(在redis.conf配置文件设置hz，1s刷新的频率)过期key操作

优点：

通过限制删除操作的时长和频率，来减少删除操作对CPU时间的占用–处理”定时删除”的缺点
定期删除过期key–处理”惰性删除”的缺点

缺点：

在内存友好方面，不如”定时删除”
在CPU时间友好方面，不如”惰性删除”

1.2.4 Redis使用的过期策略

看完上面三种策略后可以得出以下结论：
定时删除和定期删除为主动删除：Redis会定期主动淘汰一批已过去的key。

惰性删除为被动删除：用到的时候才会去检验key是不是已过期，过期就删除。

（1）惰性删除为redis服务器内置策略。

（2）配置redis.conf 的hz选项，默认为10 （即1秒执行10次，100ms一次，值越大说明刷新频率越快，最Redis性能损耗也越大）。

（3）配置redis.conf的maxmemory最大值，当已用内存超过maxmemory限定时，就会触发主动清理策略。

1.3 AOF对过期key的处理

（1）当key过期后，还没有被删除，此时进行执行持久化操作（该key是不会进入aof文件的，因为没有发生修改命令）。

（2）当key过期后，在发生删除操作时，程序会向aof文件追加一条del命令（在将来的以aof文件恢复数据的时候该过期的键就会被删掉）。

（3）AOF重写：重写时，会先判断key是否过期，已过期的key不会重写到aof文件。

1.4 RDB对过期key的处理

从内存数据库持久化数据到RDB文件
- 持久化key之前，会检查是否过期，过期的key不进入RDB文件
从RDB文件恢复数据到内存数据库
- 数据载入数据库之前，会对key先进行过期检查，如果过期，不导入数据库（主库情况）

2. Redis的内存淘汰策略

Redis的内存淘汰策略是指在Redis的用于缓存的内存不足时，怎么处理需要新写入且需要申请额外空间的数据。

noeviction：当内存不足以容纳新写入数据时，新写入操作会报错。
allkeys-lru：当内存不足以容纳新写入数据时，在键空间中，移除最近最少使用的key。
allkeys-random：当内存不足以容纳新写入数据时，在键空间中，随机移除某个key。
volatile-lru：当内存不足以容纳新写入数据时，在设置了过期时间的键空间中，移除最近最少使用的key。
volatile-random：当内存不足以容纳新写入数据时，在设置了过期时间的键空间中，随机移除某个key。
volatile-ttl：当内存不足以容纳新写入数据时，在设置了过期时间的键空间中，有更早过期时间的key优先移除。

3. Redis 持久化

Redis 提供了多种不同级别的持久化方式：

RDB 持久化可以在指定的时间间隔内生成数据集的时间点快照（point-in-time snapshot）。
AOF 持久化记录服务器执行的所有写操作命令，并在服务器启动时，通过重新执行这些命令来还原数据集。 AOF 文件中的命令全部以 Redis 协议的格式来保存，新命令会被追加到文件的末尾。 Redis 还可以在后台对 AOF 文件进行重写（rewrite），使得 AOF 文件的体积不会超出保存数据集状态所需的实际大小。
Redis 还可以同时使用 AOF 持久化和 RDB 持久化。在这种情况下，当 Redis 重启时，它会优先使用 AOF 文件来还原数据集，因为 AOF 文件保存的数据集通常比 RDB 文件所保存的数据集更完整。
你甚至可以关闭持久化功能，让数据只在服务器运行时存在。

了解 RDB 持久化和 AOF 持久化之间的异同是非常重要的，以下几个小节将详细地介绍这这两种持久化功能，并对它们的相同和不同之处进行说明。

3.1 RDB

3.1.1 优点

RDB 是一个非常紧凑（compact）的文件，它保存了 Redis 在某个时间点上的数据集。这种文件非常适合用于进行备份：比如说，你可以在最近的 24 小时内，每小时备份一次 RDB 文件，并且在每个月的每一天，也备份一个 RDB 文件。这样的话，即使遇上问题，也可以随时将数据集还原到不同的版本。
RDB 非常适用于灾难恢复（disaster recovery）：它只有一个文件，并且内容都非常紧凑，可以（在加密后）将它传送到别的数据中心，或者亚马逊 S3 中。
RDB 可以最大化 Redis 的性能：父进程在保存 RDB 文件时唯一要做的就是 fork 出一个子进程，然后这个子进程就会处理接下来的所有保存工作，父进程无须执行任何磁盘 I/O 操作。
RDB 在恢复大数据集时的速度比 AOF 的恢复速度要快。

3.1.2 缺点

如果你需要尽量避免在服务器故障时丢失数据，那么 RDB 不适合你。虽然 Redis 允许你设置不同的保存点（save point）来控制保存 RDB 文件的频率，但是，因为RDB 文件需要保存整个数据集的状态，所以它并不是一个轻松的操作。因此你可能会至少 5 分钟才保存一次 RDB 文件。在这种情况下，一旦发生故障停机，你就可能会丢失好几分钟的数据。
每次保存 RDB 的时候，Redis 都要 fork() 出一个子进程，并由子进程来进行实际的持久化工作。 在数据集比较庞大时， fork() 可能会非常耗时，造成服务器在某某毫秒内停止处理客户端；如果数据集非常巨大，并且 CPU 时间非常紧张的话，那么这种停止时间甚至可能会长达整整一秒。虽然 AOF 重写也需要进行 fork() ，但无论 AOF 重写的执行间隔有多长，数据的耐久性都不会有任何损失。

3.2 AOF

3.2.1 优点

使用 AOF 持久化会让 Redis 变得非常耐久（much more durable）：你可以设置不同的 fsync 策略，比如无 fsync ，每秒钟一次 fsync ，或者每次执行写入命令时 fsync 。 AOF 的默认策略为每秒钟 fsync 一次，在这种配置下，Redis 仍然可以保持良好的性能，并且就算发生故障停机，也最多只会丢失一秒钟的数据（ fsync 会在后台线程执行，所以主线程可以继续努力地处理命令请求）。
AOF 文件是一个只进行追加操作的日志文件（append only log），因此对 AOF 文件的写入不需要进行 seek ，即使日志因为某些原因而包含了未写入完整的命令（比如写入时磁盘已满，写入中途停机，等等）， redis-check-aof 工具也可以轻易地修复这种问题。
Redis 可以在 AOF 文件体积变得过大时，自动地在后台对 AOF 进行重写：重写后的新 AOF 文件包含了恢复当前数据集所需的最小命令集合。整个重写操作是绝对安全的，因为 Redis 在创建新 AOF 文件的过程中，会继续将命令追加到现有的 AOF 文件里面，即使重写过程中发生停机，现有的 AOF 文件也不会丢失。而一旦新 AOF 文件创建完毕，Redis 就会从旧 AOF 文件切换到新 AOF 文件，并开始对新 AOF 文件进行追加操作。
AOF 文件有序地保存了对数据库执行的所有写入操作，这些写入操作以 Redis 协议的格式保存，因此 AOF 文件的内容非常容易被人读懂，对文件进行分析（parse）也很轻松。导出（export） AOF 文件也非常简单：举个例子，如果你不小心执行了 FLUSHALL 命令，但只要 AOF 文件未被重写，那么只要停止服务器，移除 AOF 文件末尾的 FLUSHALL 命令，并重启 Redis ，就可以将数据集恢复到 FLUSHALL 执行之前的状态。

3.3 AOF重写

http://blog.youkuaiyun.com/hezhiqiang1314/article/details/69396887

为了解决AOF文件体积膨胀的问题，Redis提供了AOF重写功能：Redis服务器可以创建一个新的AOF文件来替代现有的AOF文件，新旧两个文件所保存的数据库状态是相同的，但是新的AOF文件不会包含任何浪费空间的冗余命令，通常体积会较旧AOF文件小很多。实现原理：

首先从数据库中读取键现在的值，然后用一条命令去记录键值对，代替之前记录该键值对的多个命令。

Redis不希望AOF重写会造成服务器无法处理请求，所以Redis决定将AOF重写程序放到子进程（后台）里执行。这样处理的最大好处是：

子进程进行AOF重写期间，主进程可以继续处理命令请求；
子进程带有主进程的数据副本，使用子进程而不是线程，可以避免在锁的情况下，保证数据的安全性。

3.3.1 AOF重写缓存

子进程在进行AOF重写期间，服务器进程还要继续处理命令请求，而新的命令可能对现有的数据进行修改，这会让当前数据库的数据和重写后的AOF文件中的数据不一致。为了解决这种数据不一致的问题，Redis增加了一个AOF重写缓存，这个缓存在fork出子进程之后开始启用，Redis服务器主进程在执行完写命令之后，会同时将这个写命令追加到AOF缓冲区和AOF重写缓冲区。即子进程在执行AOF重写时，主进程需要执行以下三个工作：

执行client发来的命令请求；
将写命令追加到现有的AOF文件中；
将写命令追加到AOF重写缓存中。

这里写图片描述

3.3.2 完成AOF重写之后

当子进程完成对AOF文件重写之后，它会向父进程发送一个完成信号，父进程接到该完成信号之后，会调用一个信号处理函数（此时主线程被阻塞），该函数完成以下工作：
- 将AOF重写缓存中的内容全部写入到新的AOF文件中；这个时候新的AOF文件所保存的数据库状态和服务器当前的数据库状态一致；
- 对新的AOF文件进行改名，原子地覆盖原有的AOF文件；完成新旧两个AOF文件的替换。

当这个信号处理函数执行完毕之后，主进程就可以继续像往常一样接收命令请求了。在整个AOF后台重写过程中，只有最后的“主进程写入命令到AOF缓存”和“对新的AOF文件进行改名，覆盖原有的AOF文件。”这两个步骤（信号处理函数执行期间）会造成主进程阻塞，在其他时候，AOF后台重写都不会对主进程造成阻塞，这将AOF重写对性能造成的影响降到最低。

以上，即AOF后台重写，也就是BGREWRITEAOF命令的工作原理。

3.3.3 触发AOF后台重写的条件

AOF重写可以由用户通过调用BGREWRITEAOF手动触发。
服务器在AOF功能开启的情况下，会维持以下三个变量：
- 记录当前AOF文件大小的变量aof_current_size。
- 记录最后一次AOF重写之后，AOF文件大小的变量aof_rewrite_base_size。
- 增长百分比变量aof_rewrite_perc。
每次当serverCron（服务器周期性操作函数）函数执行时，它会检查以下条件是否全部满足，如果全部满足的话，就触发自动的AOF重写操作：
- 没有BGSAVE命令（RDB持久化）/AOF持久化在执行；
- 没有BGREWRITEAOF在进行；
- 当前AOF文件大小要大于server.aof_rewrite_min_size（默认为1MB），或者在redis.conf配置了auto-aof-rewrite-min-size大小；
- 当前AOF文件大小和最后一次重写后的大小之间的比率等于或者等于指定的增长百分比（在配置文件设置了auto-aof-rewrite-percentage参数，不设置默认为100%）