Redis Key过期策略详解

概述

Redis的Key过期策略是其内存管理系统的核心组成部分，主要包括「被动过期」、「主动过期」和「内存淘汰」三个机制。

本文将着重讲解Redis的Key过期策略，从实现原理、工作流程到最佳实践进行全面解析。

Redis Key过期策略

Redis采用多策略组合的方式管理Key过期，主要包括三种机制：定时删除、惰性删除和定期删除。

下面将分别对这三种key过期机制进行实现原理、优缺点、Redis采用的策略、以及RDB/AOF对不同过期策略的处理上的讲解。

定时删除

实现原理：  

• 在设置key的过期时间的同时，为该key创建一个定时器，让定时器在key过期时间来临时，对key进行删除。

优点： 

• 内存友好，可以及时清除过期的数据

缺点：  

• cpu不友好，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。  
• 定时器的创建耗时，若为每一个设置过期时间key创建一个定时器（将会产生大量的定时器），性能影响严重。  
• Redis未采用此策略。

惰性删除

实现原理：  

• 只有当访问key时，才会判断该key是否已经是过期（触发expireIfNeeded()检查），过期则清除。  

优点：  

• cpu友好，零额外开销  
• 删除操作精准 

缺点：  

• 内存泄漏风险：不访问的过期Key永远存在。
• 极端情况下可能会出现大量过期key没有再被访问，从而不会被删除，占用大量无效内存。

定期删除

实现原理：  

每隔一定时间，扫描一定数量在数据库中expires字典（过期字典）中一定数量的key，并清除其中已过期的key。

工作机制  

• 周期性执行activeExpireCycle()  
• 随机抽取部分过期字典中的Key检查  
• 采用自适应算法控制CPU消耗

核心算法：

def activeExpireCycle():
   while True:
    # 每次随机检查20个Key
    for i in range(20):
        key = random.choice(expires_dict)
        if key.expire_time < now:
            delete_key(key)
    # 动态退出条件
    if checked_keys < 20*25%:  # 过期率<25%则退出
        break

优点：  

• 该策略是前两者的一个折中方案，通过调整定时扫描的时间间隔和每次扫描的限定耗时，可以在不同情况下使得cpu和内存资源达到最优的平衡效果。  
• 通过限制删除的时长和频率，来减少删除操作对cpu时间的占用 — 解决「定时删除」的缺点  
• 定期删除过期key — 解决「惰性删除」的缺点

缺点：  

• 在内存友好方面，不如「定时删除」。  
• 在cpu时间友好方面，不如「惰性删除」。

难点：  

• 合理设置操作的执行时长（每次删除执行多长时间）和执行频率（每隔多久时间做一次删除），这个需要各个业务场景根据实际情况进行动态调整。

Redis采用的策略

Redis采用**「惰性删除」** + **「定期删除」**的混合策略

• 混合策略架构

「惰性删除」 + 「定期删除」策略

惰性删除流程

• 在进行get或setnx等操作时，先检查key是否过期。  
• 若过期，则删除key，然后执行相应操作。  
• 若没过期，则直接执行相应操作。

定期删除流程

1.遍历每个数据库（即redis.conf中配置的“database”数量，默认为16）。  

2.检查当前库中指定个数key（默认是每个库检查20个key，相当于循环执行20次）。   

• a. 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。   
• b. 随机获取一个设置了过期时间的key，检查key是否过期，如过期，删除key。   
• c. 判断定期删除操作是否已经达到指定时长，若达到，则退出定期删除。 

注意事项

• 定期删除，在程序中有一个全局变量current_db来记录下一个将要便利的库。
• 假设有16个库，这一次定期删除遍历了10个，那此时的current_db就是11，下一次定期删除就从第 11库开始遍历。

持久化对过期策略的处理

RDB对过期策略的处理

说明：过期key对RDB没有影响 

原理：  

1.从内存持久化数据到RDB文件 

主节点  

• a. 生成RDB快照时会主动过滤已过期的Key。  
• b. 仅持久化未过期的Key-value对。 

从节点  

• a. 即使接收到的RDB文件包含未实际过期的Key。  
• b. 加载时仍会执行过期检查（双重保障）。

关键源码

// rdb.c 源码关键逻辑
int rdbSaveKeyValuePair(rio *rdb, robj *key, robj *val, long long expiretime) {
    if (expiretime != -1 && expiretime < mstime()) {
        return 0; // 跳过已过期的Key
    }
    // 保存未过期的Key...
}

2.从RDB文件恢复数据到内存 

全量加载流程：  

• a. 清空当前数据库  
• b. 解析RDB文件内容  
• c. 对每个Key执行expireIfNeeded()检查  
• c. 仅加载未过期的Key

AOF对过期策略的处理

说明：过期key对AOF没有影响 

原理： 

1.从内存持久化数据到AOF文件

正常AOF追加模式  

• a. AOF会将对应Key的操作一并写入文件中

AOF重写时  

• a. 重写时，会先判断Key是否过期，已过期的Key不会重写到AOF文件

与RDB的区别  

• a. 仍会记录Key的过期时间（PEXPIREAT）  
• b. 但实际数据只有未过期Key会被写入

复制场景下的特殊处理

主从复制流程

关键机制：  

• a. 主节点过期后会向从节点传播DEL命令  
• b. 从节点不会主动删除Key（即使已过期）  
• c. 3.2+版本引入replica-ignore-expire配置（默认关闭）

数据一致性风险

场景：  

• Key在主节点过期但尚未同步到从节点  
• 此时主节点宕机，从节点晋升后：  
• RDB加载：会重新检查过期  
• AOF回放：依赖记录的DEL命令

总结对比表

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持脚本之家。