你应该知道的Redis过期键和过期策略

今天，我和大家分享一篇关于 Redis 有关过期键的内容，主要有四个内容：

1. 如何设置过期键
2. 如何取消设置的过期时间
3. 过期键的过期策略是怎样的
4. RDB、AOF 和复制对过期键的处理又是怎样的

设置键的生存时间或过期时间

redis 一共有 4 个命令来设置键的生存时间（可以存活多久）或过期时间（什么时候被删除）

• expire <key> <ttl>：将 key 的生存时间设置为 ttl 秒
• pexpire <key> <ttl>：将 key 的生存时间设置为 ttl 毫秒
• expireat <key> <timestamp>：将 key 的过期时间设置为 timestamp 所指定的秒数时间戳
• pexpireat <key> <ttl>：将 key 的过期时间设置为 timestamp 所指定的毫秒数时间戳

上述四种命令本质上都是通过 pexpireat 命令来实现的。

例子：
127.0.0.1:6379> set a test
OK
127.0.0.1:6379> EXPIRE a 5
(integer) 1
127.0.0.1:6379> get a // 距离设置生存时间命令的 5 秒内执行
"test"
127.0.0.1:6379> get a // 距离设置生存时间命令的 5 秒后执行
(nil)

127.0.0.1:6379> set b 12
OK
127.0.0.1:6379> EXPIREAT b 1545569500
(integer) 1
127.0.0.1:6379> time
1) "1545569486"
2) "108616"
127.0.0.1:6379> get b // 距离设置 1545569500 所指定的秒数时间戳内执行
"12"
127.0.0.1:6379> time
1) "1545569506"
2) "208567"
127.0.0.1:6379> get b // 距离设置 1545569500 所指定的秒数时间戳后执行
(nil)

如果自己不小心设置错了过期时间，那么我们可以删除先前的过期时间

移除过期时间

persist <key> 命令可以移除一个键的过期时间，举个栗子：

127.0.0.1:6379> EXPIRE c 1000
(integer) 1
127.0.0.1:6379> ttl c   // 有过期时间
(integer) 9996
127.0.0.1:6379> PERSIST c
(integer) 1
127.0.0.1:6379> ttl c  // 无过期时间
(integer) -1

PS：ttl 是以秒为单位，返回键的剩余生存时间；同理还有 pttl 命令是以毫秒为单位，返回键的剩余生存时间

此时，如果我们没有移除过期时间，那么如果一个键过期了，那它什么时候会被删除呢？

这个问题就会有以下三种答案了，它们分别代表三种不同的删除策略

过期键的删除策略

定时删除

在设置键的过期时间的同时，创建一个定时器，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。

优点：对内存最友好的。可以及时释放键所占用的内存。

缺点：对 CPU 不友好。特别在过期键比较多的情况下，删除过期键会占用相当一部分 CPU 时间。同时在内存不紧张，CPU 紧张的情况下，将 CPU 用在删除和当前任务不想关的过期键上，无疑会对服务器响应时间和吞吐量造成影响。

惰性删除

放任键过期不管，但是每次从键空间中读写键时，都会检查取得的键是否过期。如果过期就删除该删，否则就返回该键。（PS：键空间是一个保存了数据库所有键值对的数据结构）

优点：对 CPU 最友好。只有在操作的时候进行过期检查，删除的目标仅限于当前需要处理的键，不会在删除其他无关本次操作的过期键上花费任何 CPU 时间。

缺点：对内存不友好。这个十分容易理解了，键过期了，但因为一直没有被访问到，所以一直保留着（除非手动执行 flushdb 操来于清空当前数据库中的所有 key。），相当于内存泄漏。

定期删除

每隔一段时间，程序就对数据库进行检查，删除里面的过期键。至于要删除多少过期键，以及检查多少数据库，则有算法决定。

该策略是上述两种策略的折中方案，需要通过实际情况，来设置删除操作的执行时长和频率。

明白了过期键的删除策略后，那 redis 服务器又是采用什么策略来删除过期键的呢？

实际上，Redis 服务器使用的是惰性删除和定期删除两种策略，通过配合使用，服务器可以很好的平衡 CPU 和内存。

其中惰性删除为 redis 服务器内置策略。而定期删除可以通过以下两种方式设置：

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

RDB 对过期键的处理

生成 RDB 文件

程序会被数据库中的键进行检查，过期的键不会被保存到新创建的 RDB 文件中。因此数据库中的过期键不会对生成新的 RDB 文件造成影响

载入 RDB 文件

这里需要分情况说明：

1. 如果服务器以主服务器模式运行，则在载入 RDB 文件时，程序会对文件中保存的键进行检查，过期键不会被载入到数据库中。所以过期键不会对载入 RDB 文件的主服务器造成影响。
2. 如果服务器以从服务器模式运行，则在载入 RDB 文件时，不论键是否过期都会被载入到数据库中。但由于主从服务器在进行数据同步时，从服务器的数据会被清空。所以一般来说，过期键对载入 RDB 文件的从服务器也不会造成影响。

AOF 对过期键的处理

AOF 文件写入

当服务器以 AOF 持久化模式运行时，如果数据库某个过期键还没被删除，那么 AOF 文件不会因为这个过期键而产生任何影响，依旧保留。

而当过期键被删除后，那么程序会向 AOF 文件追加一条 DEL 命令来显式地记录该键被删除。

AOF 重写

执行 AOF 重写过程中，也会被数据库的键进行检查，已过期的键不会被保存到重写后的 AOF 文件中。因此不会对 AOF 重写造成影响

复制对过期键的处理

当服务器运行在复制模式下，由主服务器来控制从服务器的删除过期键动作，目的是保证主从服务器数据的一致性。

那到底是怎么控制的呢？

1. 主服务器删除一个过期键后，会向所有从服务器发送一个 DEL 命令，告诉从服务器删除这个过期键
2. 从服务器接受到命令后，删除过期键

PS:从服务器在接收到客户端对过期键的读命令时，依旧会返回该键对应的值给客户端，而不会将其删除。

参考《Redis设计与实现》，公众号后台回复「redis」可自取该书电子版

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