redis过期策略实现机制

本文详细介绍了Redis中三种过期策略:定时删除、懒汉式删除和定期删除,并阐述了各自的优缺点。重点分析了Redis实际采用的懒汉式删除与定期删除结合的策略,以及其具体的实现流程。

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

一、redis设置过期时间

    将某个key设置过期时间:expire key time(以秒为单位)

    原子方式,同时设置值和过期时间:setex(String key, int seconds, String value)

    注:如果没有设置时间,那缓存就是永不过期;如果设置了过期时间,之后又想让缓存永不过期,使用persist key
 

二、3种过期策略

    

策略含义优点缺点
定时删除设置过期时间时,为key创建一个定时器,时间到时进行删除保证内存被尽快释放

a.若过期的key数量较大时,因为每个key都会有个定时器,会比较占cpu

b.大量定时器的创建比较耗时

懒汉式删除key过期了不自动删除,等到获取值的时候再去判断是否过期,若过期了则删除不用额外创建删除任务,很少占用cpu暂用内存,若大量key过期后没有被用到(不去获取值),可能导致内存泄漏
定期删除每隔一段时间执行一次过期key的删除操作

通过限制删除操作的时长和频率,来减少cpu的占用率;

cpu占用优于定时删除

内存占用方面优于懒汉式 

cpu占用方面劣于懒汉式

内存占用方面劣于定时删除

 三、redis采用的过期策略

懒汉式删除+定期删除

懒汉式删除:
1.在进行get或setnx等操作时,先检查key是否过期,
2.若过期,删除key,然后执行相应操作;
3.若没过期,直接执行相应操作


定期删除流程(简单而言,对指定个数个库的每一个库随机删除小于等于指定个数个过期key)
1.遍历每个数据库(就是redis.conf中配置的"database"数量,默认为16)
2.检查当前库中的指定个数个key(默认是每个库检查20个key,注意相当于该循环执行20次,循环体时下边的描述)
   如果当前库中没有一个key设置了过期时间,直接执行下一个库的遍历
   随机获取一个设置了过期时间的key,检查该key是否过期,如果过期,删除key
   判断定期删除操作是否已经达到指定时长,若已经达到,直接退出定期删除。

 

 

<think>首先,用户的问题是:“我想了解Redis过期策略实现原理请问Redis过期策略实现原理源码分析定时删除惰性删除”。所以,我需要专注于Redis过期策略,包括定时删除和惰性删除的原理和源码分析。系统级指令:-所有行内数学表达式必须使用$...$格式。但Redis过期策略不涉及数学表达式,所以可能不需要。-独立公式必须使用$$...$$格式并单独成段。同样,可能不适用。-LaTeX语法正确:确保在需要时使用正确格式。-使用中文回答。-生成相关问题:在回答末尾添加相关问题。-回答中引用的段落末尾自然地添加引用标识,例如[^1]。用户可见层:-回答结构清晰,帮助用户逐步解决问题。-尽量保证回答真实可靠。-参考提供的引用:[1],[2],[3],[4]。这些是关于Redis过期策略的,我需要基于这些来构建回答。提供的引用摘要:-[1]:定期删除策略,周期性扫描删除过期键,分批进行,避免阻塞,占用CPU资源。-[2]:Redis删除过期数据的两种方式:惰性删除和通过定时任务定期删除。-[3]:深入源码剖析过期删除策略。-[4]:惰性删除的优点:只在取值时删除当前key,占用CPU少。用户问题聚焦于实现原理和源码分析,所以我需要整合这些信息。回答结构:1.**介绍Redis过期策略**:简要解释为什么需要过期策略。2.**惰性删除(LazyDeletion)**:解释原理、优缺点。3.**定时删除(PeriodicDeletion)**:解释原理、实现细节、源码分析。4.**源码分析**:基于引用[3],深入一些源码细节。5.**总结**:结合两种策略的优势。6.**生成相关问题**:在末尾添加相关问题。使用中文回答。自然地添加引用标识:当引用信息时,在段落末尾加[^数字]。现在,构建回答大纲:-**步骤1:引言**-Redis作为内存数据库,设置键过期时间来控制内存使用。过期策略确保过期键被删除。-主要策略:惰性删除和定期删除(定时删除)。-**步骤2:惰性删除**-原理:在访问键时检查是否过期,如果过期则删除。-优点:只在需要时删除,CPU占用少。-缺点:如果键不被访问,可能积累过期数据。-引用[4]支持。-**步骤3:定期删除**-原理:周期性运行任务,扫描并删除过期键。-实现:分批扫描数据库,避免阻塞。-源码分析:基于引用[3],描述Redis如何实现定时任务,比如在server.c或expire.c中的函数。-引用[1]和[2]支持。-**步骤4:源码分析细节**-例如,Redis使用一个定时器事件来处理定期删除。-关键函数:如activeExpireCycle,在expire.c中。-描述工作流程:随机选择键,检查过期时间,删除。-**步骤5:总结**-两种策略互补:惰性删除处理访问时删除,定期删除主动清理。-确保内存效率和性能。-**步骤6:相关问题**-生成3-5个相关问题。确保回答真实可靠:基于提供的引用,避免猜测。最终,添加相关问题。</think>### Redis 过期策略实现原理及源码分析 Redis 作为一款高性能的内存键值数据库,需要有效管理内存资源。键(key)可以设置过期时间(TTL),当键过期后,Redis 采用两种策略删除它们:**惰性删除(Lazy Deletion)**和**定期删除(Periodic Deletion)**(也称为定时删除)。这两种策略互补工作,确保内存不被过期数据占用,同时平衡性能。下面我将逐步解释原理,并结合源码分析(基于 Redis 开源代码,版本参考 6.x)。 #### 1. **过期策略概述** Redis过期策略不是实时删除过期键,而是通过惰性删除和定期删除结合实现: - **惰性删除**:在访问键时检查并删除过期键,CPU 占用低。 - **定期删除**:周期性扫描数据库,主动删除过期键,防止内存积累。 这种设计避免了实时删除的性能开销,同时保证内存效率[^2]。 #### 2. **惰性删除(Lazy Deletion)的实现原理** 惰性删除是 Redis 的默认策略,核心思想是“按需删除”。当用户尝试读取一个键(如通过 `GET` 命令)时,Redis 会先检查该键是否过期。如果过期,则立即删除并返回空值;否则,正常返回数据。 - **优点**:删除操作只发生在键被访问时,且仅处理当前键,因此 CPU 占用极少,对性能影响小[^4]。 - **缺点**:如果过期键长期不被访问,会占用内存,可能导致内存泄露。 - **源码分析**: - 关键函数位于 `db.c` 文件中的 `lookupKeyReadWithFlags` 函数。当读取键时,会调用 `expireIfNeeded` 函数检查过期状态。 - `expireIfNeeded` 函数(在 `expire.c` 中)逻辑: - 检查键的过期时间(存储在 Redis 对象的 `expires` 字典中)。 - 如果过期,删除键并返回 1;否则返回 0。 - 删除操作最终调用 `dbSyncDelete` 或 `dbAsyncDelete` 函数,处理同步或异步删除。 - 示例伪代码简化: ```c int expireIfNeeded(redisDb *db, robj *key) { if (!keyIsExpired(db, key)) return 0; // 未过期,不处理 deleteExpiredKeyAndPropagate(db, key); // 删除键并传播删除事件 return 1; } ``` 在访问路径中(如 `GET` 命令),会先执行此检查,确保只有被访问的过期键被清理[^4]。 #### 3. **定期删除(Periodic Deletion)的实现原理** 定期删除是主动策略Redis 周期性运行后台任务,扫描并删除过期键。这解决了惰性删除的不足,防止过期键堆积。 - **原理**: - Redis 使用一个定时任务(时间事件),每 100 毫秒(可配置)执行一次。 - 每次任务只扫描部分数据库和键(分批进行),避免一次性扫描导致服务阻塞。 - 任务随机选择数据库和键,检查过期时间,如果过期则删除。 - **优点**:主动清理内存,减少过期数据积累。 - **缺点**:占用 CPU 资源,尤其在大量键过期时,可能影响性能[^1]。 - **源码分析**: - 核心函数是 `activeExpireCycle`,位于 `expire.c` 文件中。该函数由 Redis 的事件循环(`serverCron` 函数,在 `server.c` 中)定期调用。 - `activeExpireCycle` 工作流程: 1. **分批扫描**:每次任务限制扫描时间(默认 25 毫秒)和键数量(基于配置),避免阻塞主线程。Redis 使用自适应算法调整扫描量。 2. **随机选择键**:从每个数据库的过期字典(`expires`)中随机选取键,检查过期时间。 3. **删除处理**:如果键过期,调用删除函数(如 `dbDelete`),并更新统计信息。 4. **进度跟踪**:记录扫描位置,确保下次任务从断点继续。 - 关键代码片段(简化): ```c void activeExpireCycle(int type) { // 遍历数据库(分批次) for (j = 0; j < dbs_per_call; j++) { // 随机选择键检查 while (sampled < max_samples) { key = dictGetRandomKey(db->expires); if (keyIsExpired(db, key)) { deleteExpiredKey(db, key); // 删除过期键 expired++; } sampled++; } } // 调整下次扫描参数,避免过度占用 CPU updateExpireCycleParams(); } ``` 在 `serverCron` 函数中,`activeExpireCycle` 被定期触发,确保系统在高负载下也能平滑运行[^1][^3]。 #### 4. **策略结合与性能优化** Redis 将惰性删除和定期删除结合使用: - **互补性**:惰性删除处理高频访问键,定期删除清理“冷数据”。这种设计在大多数场景下高效,内存占用和 CPU 开销平衡[^2][^3]。 - **源码中的优化**: - **自适应扫描**:`activeExpireCycle` 根据系统负载动态调整扫描频率和范围。例如,如果过期键比例高,增加扫描量。 - **内存回收**:删除操作可能触发异步内存回收(如 `jemalloc`),减少碎片。 - **配置参数**:通过 `hz` 参数控制定时任务频率(默认 10,即每秒 10 次),用户可调整以平衡性能。 #### 5. **总结** Redis过期策略通过惰性删除和定期删除协同工作:惰性删除确保访问时的低延迟,定期删除主动维护内存健康。源码实现(如 `expireIfNeeded` 和 `activeExpireCycle` 函数)体现了高效的分批处理和自适应机制。这种设计在保证高性能的同时,最大限度减少资源浪费,适合高并发场景[^1][^2][^3][^4]。 如果您有具体配置或性能问题,我可以进一步深入分析! ### 相关问题 1. Redis 的定期删除策略如何避免阻塞主线程? 2. 在哪些场景下惰性删除可能导致问题?如何优化? 3. Redis 过期策略与其他内存数据库(如 Memcached)有何区别? 4. 如何监控 Redis过期键删除性能?有哪些关键指标? [^1]: Redis 源码解析 - Redis 键的过期处理策略。定期删除是一种主动清理过期键的策略Redis会周期性地执行一个任务,扫描一部分数据库中的键,检查并删除那些已经过期的键。这个过程是分批进行的,以避免因一次性扫描全部数据库而导致的阻塞问题。定期删除策略通过主动寻找并删除过期键,有助于确保Redis内存中不会积累大量未使用的过期数据,但需要注意的是,它可能会在执行期间占用一定的CPU资源。 实现细节。 [^2]: 追求性能极致 - Redis过期数据的删除策略。通过前面的章节,我们知道,Redis 是一个kv型数据库,我们所有的数据都是存放在内存中的,但是内存是有大小限制的,不可能无限制的增量。 想要把不需要的数据清理掉,一种办法是直接删除,这个咱们前面章节有详细说过;另外一种就是设置过期时间,缓存过期后,由Redis系统自行删除。 这边需要注意的是,缓存过期之后,并不是马上删除的,那Redis是怎么删除过期数据的呢?主要通过两个方式 惰性删除通过定时任务,定期选取部分数据删除。 [^3]: 深入浅出-Redis过期删除策略手术式源码刨析,小白也能看懂。之前就说了要来西索Redis,现在来辣! 本文的部分基础内容参考自《小林Coding》,深入的地方根据源代码进行剖析。 Redis源码地址:https://github.com/redis/redis.git 过期删除策略。 [^4]: Redis过期策略实现原理。优点:删除操作只发生在通过key取值的时候发生,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)。
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