Redis学习笔记 - 过期键删除策略

朴灿烈づ我的快乐病毒、 2021-12-11 10:55 295阅读 0赞

参考：<<Redis设计与实现>>

*  注：这本书是基于Redis3.0版本写的，和后面的版本有点差异

### 一、过期键删除策略 ###

一个键过期了，什么时候它会被删除？可能有以下三种策略：

*  **定时删除**：在设置键的过期时间的同时，创建一个定时器（timer），让定时器在键的过期时间来临时，立即执行对键的删除操作
 *  **惰性删除**：放任键过期不管，每次从键空间获取键时，检查取得的键是否过期，如果过期的话，就删除该键；没有过期，就返回该键
 *  **定期删除**：每隔一段时间，程序就对数据库进行一次检查，删除里面的过期键。至于检查多少数据库、删除多少键，由算法决定。

注：第一种、第三种为**主动删除策略**，第二种为**被动删除策略**。

#### 1.1 定时删除 ####

优缺点：

*  优点：内存压力小，通过使用定时器，定时删除策略可以保证过期的键会尽可能快地被删除，并释放过期键占用的内存
 *  缺点：
    
     *  CPU压力大，过期键比较多的时候，删除过期键这一行为可能会占用相当一部分的CPU时间，在内存不紧张但CPU紧张情况下，将CPU资源用在删除和当前任务无关的过期键上，会对服务器的响应时间和吞吐量造成影响。
     *  创建一个定时器要用到Redis服务器的时间事件，当前时间事件的实现方式为无序链表，查找一个事件的事件复杂度为O(N)，当创建大量的定时器情况下，不能高效的处理大量时间事件。

#### 1.2 惰性删除 ####

（1）优缺点

*  优点：CPU压力小，程序只会在取出键时才会对键进行过期检查，并且删除目标仅限于当前处理的键，不会在其他无关的过期键上花费CPU时间。
 *  缺点：内存压力大，一个键过期，但仍保留在数据库中，只要这个过期键不被删除，它所占用的内存就不会释放。

（2）示例

例如一些和时间有关的数据，比如日志（log），在某个时间点后，对它们基本不访问，这类过期数据大量积压在数据库中，用户以为已经被服务器删除，但仍然存在，键所占的内存也没有被释放。

这种情况有内存泄漏风险，对于像Redis这种非常依赖于内存的服务器来说，肯定是不行的。

#### 1.3 定期删除 ####

（1）定时删除和惰性删除的这种方案 ---- 定期删除

从1.1和1.2可知，单独使用定时删除、惰性删除都有明显的缺陷：

*  定时删除占用太多CPU，影响服务器的响应时间和吞吐量
 *  惰性删除浪费太多内存，有内存泄漏风险

定期删除是这两种策略的一种折中：

*  定期删除策略每隔一段时间执行一次删除过期键操作，并通过限制删除操作执行的时长和频率来减少删除操作对CPU时间的影响
 *  通过定期删除过期键，定期删除策略有效地减少了因为过期键而带来的内存浪费

（2）过期策略的难点

定期删除策略的难点是确定删除操作的时长和频率：

*  如果删除操作执行得太频繁，或者执行时间太长，定期删除策略就会退化成定时删除策略，以至于将CPU时间过多地消耗在删除过期键上
 *  如果删除操作执行太少，或执行时间太短，定期删除策略又会和惰性删除策略一样，出现浪费内存的情况

### 二、Redis的过期键删除策略 ###

Redis中实际使用的是惰性删除和定期删除两种策略。通过配合使用这两种删除策略，服务器可以很好的合理使用CPU时间和避免浪费内存空间之间取得平衡。

#### 2.1 惰性删除策略的实现 ####

实现流程：

*  执行命令前调用expireIfNeeded()函数对输入键进行检查
 *  如果键已经过期，那么expireIfNeeded()函数会把输入键从数据库删除
 *  如果键未过期，expireIfNeeded()函数不做任何处理

注：参考源码中的db.c文件，[https://github.com/antirez/redis/blob/3.0/src/db.c][https_github.com_antirez_redis_blob_3.0_src_db.c]

命令调用expireIfNeeded()函数流程如下图所示：  
![调用expireIfNeeded()函数流程][expireIfNeeded]

#### 2.2 定时删除策略的实现 ####

实现流程：

*  Redis服务器周期性调用activeExpireCycle()函数
 *  在规定时间内，分多次遍历服务器中的各个数据库，随机检查数据库中的一部分键的过期时间，并删除其中的过期键

activeExpireCycle()函数说明：

*  该函数每隔100ms被调用一次
 *  current\_db参数记录最后测试的数据库，下次执行时从下一个数据库执行，如果所有数据库都已经执行，那么current\_db重置为0，开始新一轮检查工作
 *  每次只是随机检查一部分键的过期时间，然后删除
 *  该函数接收一个type参数，支持两种模式：ACTIVE\_EXPIRE\_CYCLE\_FAST和ACTIVE\_EXPIRE\_CYCLE\_SLOW，用于控制执行时间

注：参考源码中redis.c文件的说明，[https://github.com/antirez/redis/blob/3.0/src/redis.c][https_github.com_antirez_redis_blob_3.0_src_redis.c]

[https_github.com_antirez_redis_blob_3.0_src_db.c]: https://github.com/antirez/redis/blob/5.0/src/db.c
[expireIfNeeded]: /images/20211211/6a974925c15d445b99620689e96e40d2.png
[https_github.com_antirez_redis_blob_3.0_src_redis.c]: https://github.com/antirez/redis/blob/3.0/src/redis.c