Redis中过期键删除的三种方法

Redis中可以设置键的过期时间，并且通过取出过期字典（expires dict）中键的过期时间和当前时间比较来判断是否过期。

那么一个过期的键是怎么被删除的呢？

定时删除

定时删除：在设置键的过期时间时，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。

这是对内存最友好的，因为他通过定时器保证了过期即会删除，并释放过期键占用的内存。但是这是对CPU最不友好的，在过期键比较多的情况下，删除大量过期键会占用相当一部分CPU时间，会对服务器的的响应时间和吞吐量造成影响。

如果服务器当前不缺少内存，那么服务器应该优先将CPU时间用在处理客户端的命令请求上面，而不是用在删除过期键上面。
而且，创建一个定时器需要用到Redis服务器中的时间事件，而其实现方式是无序链表，所以查找一个事件的时间复杂度为O(N)，并不能高效地处理大量时间事件。

惰性删除

惰性删除：放任键过期不管，但是每次从键空间中获取键时，都检查取得的键是否过期，如果过期的话，就删除该键;如果没有过期，就返回该键。

惰性删除策略对CPU时间来说是最友好的：程序只会在取出键时才对键进行过期检查。但它对内存是最不友好的，如果一个键已经过期，那么只要这个过期键不被访问，它所占用的内存就不会释放。（甚至可以将这种情况看作是一种内存泄漏，这对于运行状态非常依赖于内存的Redis服务器来说，肯定不是一个好消息）

定期删除

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。至于要删除多少过期键，以及要检查多少个数据库，则由算法决定。

定期删除策略是前两种策略的一种整合和折中，它的难点是确定删除操作执行的时长和频率:

• 如果删除操作执行得太频繁，或者执行的时间太长，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面。
• 如果删除操作执行得太少，或者执行的时间太短，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

因此，如果采用定期删除策略的话，服务器必须根据情况合理地设置删除操作的执行时长和执行频率。

Redis的实现

Redis 选择「惰性删除+定期删除」这两种策略配和使用

惰性删除

惰性删除策略由db.c/expireIfNeeded函数实现，所有读写数据库的Redis命令在执行之前都会调用expireIfNeeded函数对输入键进行检查：如果输人键已经过期，那么将输人键从数据库中删除；如果输人键未过期，则不做动作。

Redis 的惰性删除策略由db.c文件中的 expireIfNeeded 函数实现，代码如下：

int expireIfNeeded(redisDb *db, robj *key) {
    // 判断 key 是否过期
    if (!keyIsExpired(db,key)) 
        return 0;

    // 删除过期键 
    // 如果 server.lazyfree_lazy_expire 为 1 表示异步删除，反之同步删除；
    return server.lazyfree_lazy_expire ? dbAsyncDelete(db,key) :
                                         dbSyncDelete(db,key);
}

Redis 在访问或者修改 key 之前，都会调用 expireIfNeeded 函数对其进行检查，检查 key 是否过期：

• 如果过期，则删除该 key，至于选择异步删除，还是选择同步删除，根据 lazyfree_lazy_expire 参数配置决定（Redis 4.0版本开始提供参数），然后返回 null 客户端
• 如果没有过期，正常处理指令

定期删除

在 Redis 中，默认每秒进行 10 次过期检查一次数据库，此配置可通过 Redis 的配置文件 redis.conf 进行配置（hz），它的默认值是10。

过期键的定期删除策略由redis.c/activeExpireCycle函数实现，每当Redis的服务器周期性操作redis.c/serverCron函数执行时，activeExpireCycle函数就会被调用，它在规定的时间内，分多次遍历服务器中的各个数据库，从数据库的过期字典（expires dict）中随机检查一部分键的过期时间，并删除其中的过期键。

过程用伪代码表示为：

#代码来自《Redis设计与实现》，版本是Redis 2.9。跟新版redis应该有所偏差

#默认每次检查的数据库数量
DEFAULT_ DB_ NUMBERS = 16
#默认每个数据库检查的键数量
DEFAULT KEY_ NUMBERS = 20
#全局变量，记录检查进度.
current_ db = 0

def activeExpireCycle() :
    #遍历各个数据库
    for i in range (db_numbers) :
        #已经遍历一轮，将current_ db重置为0，开始新的一轮遍历
        if current_db == server.dbnum:
            current_db = 0
            
        #获取当前要处理的数据库
        redisDb = server.db[current__db]
        #将数据库索引增1，指向下一个要处理的数据库
        current_db += 1
        
        #检查数据库键
        for j in range (DEFAULT_KEY_NUMBERS) :
            #如果数据库中没有一个键带有过期时间，那么跳过这个数据库
            if redisDb.expires.size() == 0: 
                break
                
            #随机获取一个带有过期时间的键
        	key_with_ttl = redisDb.expires.get_random_key ()
            #检查键是否过期，如果过期就删除它.
            if is_expired(key_with_ttl) :
            	delete_key(key_with_ttl)
            
            #已达到时间上限，停止处理
            if reach_time_limit() : return

总的来说就是，定期删除会在规定时间（时间不超过上限，25ms）内依次遍历所有数据库，对于每个数据库会依次随机获取20个键并删除过期的键，如果过期键超过25%会继续随机获取20个键。

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