我们在 set key的时候，可以给它设置一个过期时间，比如 expire key 60。

指定这 key 60s 后过期，60s 后，Redis 是如何处理的呢？

本文将详细分析一下。

一、Redis 过期策略的作用和意义

Redis的过期策略是指在设置键（Key）时为键设置过期时间（TTL），以便在一定时间后自动将键从数据库中删除。

过期策略在Redis中具有以下作用：

Redis 过期策略的作用和意义

• 缓存数据自动失效：通过设置过期时间，可以将Redis用作缓存层，存储具有一定生命周期的数据。一旦数据过期，Redis会自动将其删除，从而确保缓存中的数据保持相对新鲜，避免过时数据的使用。
• 内存回收机制：过期策略是Redis内存回收机制的一部分。当键过期后，Redis会自动将其从内存中删除，释放内存空间。这对于控制Redis的内存使用量非常重要，特别是当使用有限的内存资源时。
• 提高性能：通过过期策略，可以减少Redis数据库中的过期数据量，从而提高读写操作的性能。避免存储大量过期数据可以减少对数据库的查询和检索开销，提高数据访问的效率。
• 垃圾回收：Redis使用惰性删除和定期删除两种方式来处理过期键。惰性删除是指在访问过期键时才进行删除操作，而定期删除是指Redis定期扫描数据库，检查并删除过期键。通过这种垃圾回收机制，Redis可以及时清理过期的数据，保持数据库的整洁性。

二、Redis 中有5种常见的过期策略

Redis 是一种高性能的内存数据库，它提供了多种过期策略来处理键值对的过期。以下是Redis 中有5种常见的过期策略：

• 定时过期：每个设置过期时间的 key 都需要创一个定时器，到过期时间就会立即对 key进行清除。该策略可以立即清除过期的数据，对内存很友好；但是会占用大量 CPU 资源去处理过期的数据，从而影响缓存的响应时间和吞吐量。
• 惰性过期：只有当访问一个 key 时，才会判断该 key 是否已过期，过期则清除。该策略可以最大化地节省 CPU 资源，却对内存非常不友好。极端情况可能出现大量过期 key 没有再次被访问，从而不会被清除，占用大量内存。
• 定期过期：每隔一定时间，会扫描一定数量数据库 expires 字典中一定数量key，并清除其中已过期 key。该策略是前两者一个折中方案。通过调整定时扫描时间间隔和每次扫描限定耗时，可以在不同情况下使得 CPU 和内存资源达到最优平衡效果。
• expires 字典会保存所有设置了过期时间 key 过期时间数据，其中，key是指向键空间中某个键指针，value 是该键毫秒精度 UNIX 时间戳表示过期时间。键空间是指该 Redis 集群中保存所有键。
• 惰性删除：当客户端访问一个键值对时，Redis 并不会立即删除过期的键值对，而是在访问时检查并删除。这种策略可以减少删除操作的开销，并且只有在需要获取键值对时才会进行删除。
• 过期回调：Redis 支持设置键过期时的回调函数，当键值对过期时，可以触发一个回调函数进行特定的处理操作。这个特性可以用于实现一些定制化的逻辑。

三、Redis 如何使用这些策略对键进行过期的？

3.1 思考

Redis 中同时使用了惰性过期和定期过期两种过期策略。

假设Redis 当前存放 100 万个 key，并且都设置了过期时间，如果你每隔 100ms就去检查这全部 key，CPU 负载会特别高，最后可能会挂掉。

因此，redis 采取是定期过期，每隔 100ms 就随机抽取一定数量 key 来检 查和删除。

但是呢，最后可能会有很多已经过期 key 没被删除。这时候，redis 采用惰性删除。在你获取某个 key 时候，redis 会检查一下，这个 key 如果设置了过期时间并且已经过期了，此时就会删除。

3.2 实现过期策略的具体算法

在 Redis 中，过期策略是基于惰性过期和定期过期的组合实现的，并使用了一种称为「定时器 + 字典 + 惰性删除」的启发式算法。

具体来说，Redis 使用了以下几个关键的数据结构和算法来实现过期策略：

1. 定时器（Timers）：Redis 维护了一个定时器，它是一个按照时间排序的链表。每个节点表示一个键值对的过期时间和键的指针。定时器会根据过期时间进行排序，并在过期时间到达时触发相应的处理。
2. 字典（Dictionary）：Redis 使用字典（Hash Table）来存储键值对。每个键值对的值包括了键的指针和过期时间等信息。
3. 惰性删除（Lazy deletion）：Redis 使用惰性删除策略来处理过期键值对。当客户端访问一个键时，Redis 在访问前先检查键是否过期，如果过期则立即删除该键值对。这种策略可以避免不必要的处理开销，只有在需要获取键值对时才进行删除操作。

3.3 Redis 过期策略的执行流程

1. 当设置键的过期时间时，Redis 会记录键的过期时间点。
2. 当你尝试访问一个键时，Redis 会首先检查该键是否设置了过期时间。
3. 如果键未设置过期时间或过期时间未到达，Redis 将立即返回键的值。
4. 如果键设置了过期时间且过期时间已到达，Redis 将执行以下操作：

• 删除键：Redis 将立即删除过期的键。
• 返回空值：Redis 会返回空值给你的请求，表示键已过期并不存在。

5. 如果你尝试执行写操作（如设置新值、删除键等），Redis 会在执行写操作之前检查键是否过期，并在需要时执行删除操作。

四、总结：Redis的过期策略如何配置才能最大程度地提高整体性能？

要最大程度地提高 Redis 的整体性能，可以从以下六个方面配置来优化过期策略：

1. 设置合理的过期时间：根据业务需求和数据特点，设置合理的过期时间，避免过长或过短的过期时间。过期时间过长会导致内存占用增加，过期时间过短则可能增加过期键值对的删除频率，影响性能。
2. 控制过期键值对数量：过多的过期键值对会增加过期策略的负担，影响性能。可以考虑使用合理的数据清理策略，定期清理不再需要的数据，避免过期键值对的数量过大。
3. 调整定期任务频率：通过调整配置项 hz 的值，控制定期任务的执行频率。较低的频率可以减少 CPU 负载，但过期键值对的清理速度会变慢。较高的频率可以提高过期键值对的清理速度，但会增加 CPU 使用率。需要根据硬件性能和应用需求进行权衡和调整。
4. 使用内存淘汰策略：Redis 提供多种内存淘汰策略（eviction policy），用于在内存不足时选择删除哪些键值对。合理选择适合应用场景的淘汰策略，可以有效控制内存使用和提高性能。
5. 考虑使用 Redis 的持久化功能：如果数据可以持久化到磁盘，可以考虑使用 Redis 的持久化功能，如 RDB 快照或 AOF 日志。这样可以避免重启时大量过期键值对的检查和删除操作，提高启动性能。
6. 监测和优化：定期监测 Redis 的性能指标，如内存使用率、CPU 使用率、命令延迟等，发现性能瓶颈并进行优化。可以使用 Redis 的监控工具或第三方工具来收集和分析性能数据，以指导配置优化和系统调整。

作者：独爱竹子的功夫熊猫
链接：https://juejin.cn/post/7280864416554663971
来源：稀土掘金