Redis 过期策略-优快云博客

Redis 作为高性能键值存储，其自动过期键（Key）的能力对管理内存至关重要。它并非依赖单一策略，而是巧妙地结合三种机制协同工作，确保过期数据被及时清理。下面我们深入解析其工作原理。

核心机制：三种策略协同工作

定时删除 (Timing Delete - 主动精准型)
- 原理： 当为键设置过期时间（TTL）时，Redis 同时创建一个定时器。一旦键的生存时间耗尽，定时器触发，立即删除该键。
- 优点： 过期键能被最快、最精确地删除，内存释放及时。
- 缺点： 创建和管理大量定时器本身消耗 CPU 时间和内存资源。如果一个键设置了很长的 TTL 但实际很快不再需要，定时器会持续占用资源直到触发。因此，Redis 不会对每一个设置了 TTL 的键都使用定时删除。
- 适用场景： Redis 内部对极少数需要精确控制删除时间的场景（如某些内部管理键）可能使用，但不是主流策略。
惰性删除 (Lazy Delete - 被动触发型)
- 原理： 不主动扫描或检查键是否过期。只有当客户端尝试访问某个键时，Redis 在执行命令前才会检查该键的过期时间。
  - 如果键已过期：Redis 立即删除该键，并返回空值（nil）给客户端（仿佛键不存在）。
  - 如果键未过期：正常执行命令。
- 优点：
  - CPU 开销最小化： 只在访问时检查，避免了无谓的扫描消耗。
  - 简单高效： 实现直接，对未访问的过期键无额外负担。
- 缺点：
  - 内存可能未及时释放： 如果一个键过期后再也没有被访问，它将一直占用内存，成为“僵尸键”，直到被其他策略清理或 Redis 重启。这是内存浪费的主要来源。
- 核心地位： 这是 Redis 最基础、最常用的过期处理策略，所有访问命令都会触发惰性检查。
定期删除 (Periodic Delete - 主动扫描型)
- 原理： Redis 会周期性地（默认每秒执行 10 次，可配置）运行一个任务。每次任务并非扫描所有键，而是：
  - 随机抽取一定数量（由 hz 配置参数间接影响）的设置了过期时间的键。
  - 检查这些被抽中的键是否过期。
  - 删除所有已过期的键。
  - 如果本次抽查中发现过期键的比例超过一定阈值 (25%)，则立即再随机抽取一批进行检查删除（循环），直到过期键比例低于阈值或达到时间/数量限制，确保不会过度阻塞主线程。
- 优点：
  - 折中方案： 在 CPU 开销（主动扫描）和内存释放及时性（惰性删除的缺点）之间取得平衡。
  - 清理“僵尸键”： 专门负责清理那些过期了但没被访问到的键，解决惰性删除的主要缺陷。
  - 可配置性： 通过调整 hz 参数（控制后台任务执行频率）可以影响定期删除的积极程度。
- 缺点：
  - 非完全实时： 过期键不会在过期那一刻立刻被删除，会有一定延迟（通常很短，取决于扫描频率和键被抽中的概率）。
  - CPU 可控但有波动： 虽然通过随机抽样和比例阈值控制了 CPU 开销，但在过期键非常多时，一次扫描周期内可能需要连续多轮删除，可能引起短暂的 CPU 使用率升高。

三种策略如何协同工作？

设置过期： 当用户为键设置 EXPIRE 或 PEXPIRE 时，Redis 记录其 TTL。
访问触发惰性删除： 任何对该键的后续访问（GET, HGET, EXISTS 等）都会触发惰性检查，过期则立即删除。
定期扫描查漏补缺： 后台的定期删除任务不断运行，随机抽样检查并删除过期键，重点清理那些“无人问津”的过期键。
（补充）定时删除： 在极少数特定场景下内部使用。

总结与启示

核心是惰性+定期： Redis 高效管理过期键的核心在于 惰性删除 (Lazy Delete) 和 定期删除 (Periodic Delete) 的双剑合璧。惰性删除处理被访问的键，成本最低；定期删除清理未被访问的“僵尸键”，保证内存回收。
内存 vs CPU 的权衡： 惰性删除省 CPU 但可能浪费内存；定期删除回收内存但消耗 CPU；定时删除精准但开销大。Redis 选择了惰性+定期的组合，在绝大多数场景下达到了最佳平衡。
理解“非实时”： 由于定期删除的抽样机制和惰性删除的特性，Redis 不能保证键在过期时间到达的那一刻被立即删除。会有毫秒到秒级的延迟是正常现象。
配置影响： 增加 hz 值会让定期删除任务跑得更频繁，可能提高清理过期键的速度（减少延迟、更快释放内存），但也会略微增加 CPU 负担。通常默认值 (10) 已足够。
与淘汰策略区分： 过期策略 (expire) 负责清理明确设置了 TTL 且已过期的键。当内存不足时，Redis 会启动内存淘汰策略 (maxmemory-policy，如 allkeys-lru, volatile-ttl 等)，它们的目标是在内存满时选择一些键（可能包括未过期的键）删除以腾出空间。两者目的和触发条件不同，但都服务于内存管理。