本篇文章带大家了解一下redis中的过期操作和过期策略，介绍一下redis中设置过期时间的四种方法、持久化中的过期键、过期键执行流程等，希望对大家有所帮助！
如果在 Redis 中没有过期这个概念，这就意味着我们所有写入的键只要不主动删除就会一直保存在 Redis 中，而 Redis 又是一个基于内存的数据库，内存空间是非常有限的。【相关推荐：Redis视频教程】
过期操作
过期设置
Redis 中设置过期时间主要通过以下四种方式：
- expire key seconds：设置 key 在 n 秒后过期。
- pexpire key milliseconds：设置 key 在 n 毫秒后过期。
- expireat key timestamp：设置 key 在某个时间戳（精确到秒）之后过期。
- pexpireat key millisecondsTimestamp：设置 key 在某个时间戳（精确到毫秒）之后过期。
可用命令 ttl key （以秒为单位）或 pttl key （以毫秒为单位）来查看 key 还有多久过期。
Redis 可以使用 time 命令查询当前时间的时间戳（精确到秒）。
字符串中几个直接操作过期时间的方法，如下列表：
- set key value ex seconds：设置键值对的同时指定过期时间（精确到秒）。
- set key value px milliseconds：设置键值对的同时指定过期时间（精确到毫秒）。
- setex key seconds valule：设置键值对的同时指定过期时间（精确到秒）。
移除过期时间
使用命令： persist key 可以移除键值的过期时间。-1 表示永不过期。
Java 实现过期操作
使用 Jedis 来实现对 Redis 的操作，代码：
public class TTLTest { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { // 创建 Redis 连接 Jedis jedis = new Jedis("xxx.xxx.xxx.xxx", 6379); // 设置 Redis 密码(如果没有密码，此行可省略) jedis.auth("xxx"); // 存储键值对（默认情况下永不过期） jedis.set("k", "v"); // 查询 TTL（过期时间） Long ttl = jedis.ttl("k"); // 打印过期日志 // 过期时间：-1 System.out.println("过期时间：" + ttl); // 设置 100s 后过期 jedis.expire("k", 100); // 等待 1s 后执行 Thread.sleep(1000); // 打印过期日志 // 执行 expire 后的 TTL=99 System.out.println("执行 expire 后的 TTL=" + jedis.ttl("k")); } }
更多过期操作方法，如下列表：
- pexpire(String key, long milliseconds)：设置 n 毫秒后过期。
- expireAt(String key, long unixTime)：设置某个时间戳后过期（精确到秒）。
- pexpireAt(String key, long millisecondsTimestamp)：设置某个时间戳后过期（精确到毫秒）。
- persist(String key)：移除过期时间。
public class TTLTest { public static void main(String[] args) throws InterruptedException { // 创建 Redis 连接 Jedis jedis = new Jedis("xxx.xxx.xxx.xxx", 6379); // 设置 Redis 密码(如果没有密码，此行可省略) jedis.auth("xxx"); // 存储键值对（默认情况下永不过期） jedis.set("k", "v"); // 查询 TTL（过期时间） Long ttl = jedis.ttl("k"); // 打印过期日志 System.out.println("过期时间：" + ttl); // 设置 100s 后过期 jedis.expire("k", 100); // 等待 1s 后执行 Thread.sleep(1000); // 打印过期日志 System.out.println("执行 expire 后的 TTL=" + jedis.ttl("k")); // 设置 n 毫秒后过期 jedis.pexpire("k", 100000); // 设置某个时间戳后过期（精确到秒） jedis.expireAt("k", 1573468990); // 设置某个时间戳后过期（精确到毫秒） jedis.pexpireAt("k", 1573468990000L); // 移除过期时间 jedis.persist("k"); } }
持久化中的过期键
RDB 中的过期键
RDB 文件分为两个阶段，RDB 文件生成阶段和加载阶段。
1. RDB 文件生成
RDB 加载分为以下两种情况：
- 如果 Redis 是主服务器运行模式的话，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；
- 如果 Redis 是从服务器运行模式的话，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。
RDB 文件加载的源码可以在 rdb.c 文件的 rdbLoad() 函数中找到，源码所示：
/* Check if the key already expired. This function is used when loading * an RDB file from disk, either at startup, or when an RDB was * received from the master. In the latter case, the master is * responsible for key expiry. If we would expire keys here, the * snapshot taken by the master may not be reflected on the slave. * * 如果服务器为主节点的话， * 那么在键已经过期的时候，不再将它们关联到数据库中去 */ if (server.masterhost == NULL && expiretime != -1 && expiretime <h4 data-id="heading-6"><strong>AOF 中的过期键</strong></h4><p><strong>1. AOF 文件写入</strong></p><p>当 Redis 以 AOF 模式持久化时，如果数据库某个过期键还没被删除，那么 AOF 文件会保留此过期键，当此过期键被删除后，Redis 会向 AOF 文件追加一条 DEL 命令来显式地删除该键值。</p><p><strong>2. AOF 重写</strong></p><p>执行 AOF 重写时，会对 Redis 中的键值对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 重写造成任何影响。</p><p><strong><span style="font-size: 18px;">主从库的过期键</span></strong></p><p>当 Redis 运行在主从模式下时，<strong>从库不会进行过期扫描，从库对过期的处理是被动的</strong>。也就是即使从库中的 key 过期了，如果有客户端访问从库时，依然可以得到 key 对应的值，像未过期的键值对一样返回。</p><p><strong>从库的过期键处理依靠主服务器控制</strong>，主库在 key 到期时，会在 AOF 文件里增加一条 del 指令，同步到所有的从库，从库通过执行这条 del 指令来删除过期的 key。</p><h2 data-id="heading-8">过期策略</h2><blockquote>在 Redis 中我们可以给一些元素设置过期时间，那当它过期之后 Redis 是如何处理这些过期键呢？</blockquote><p><strong><span style="font-size: 18px;">过期键执行流程</span></strong></p><p>Redis 之所以能知道那些键值过期，是因为在 Redis 中维护了一个字典，存储了所有设置了过期时间的键值，我们称之为<strong>过期字典</strong>。</p><p><img src="https://img.php.cn/upload/image/392/844/256/1644372296414098.png" title="1644372296414098.png" alt="1.png"></p><p><strong><span style="max-width:90%">过期键源码分析</span></strong></p><p>过期键存储在 redisDb 结构中，源代码在 src/server.h 文件中（基于 Redis 5）：</p><pre class="brush:js;toolbar:false;">/* Redis database representation. There are multiple databases identified * by integers from 0 (the default database) up to the max configured * database. The database number is the 'id' field in the structure. */ typedef struct redisDb { dict *dict; /* 数据库键空间，存放着所有的键值对 */ dict *expires; /* 键的过期时间 */ dict *blocking_keys; /* Keys with clients waiting for data (BLPOP)*/ dict *ready_keys; /* Blocked keys that received a PUSH */ dict *watched_keys; /* WATCHED keys for MULTI/EXEC CAS */ int id; /* Database ID */ long long avg_ttl; /* Average TTL, just for stats */ list *defrag_later; /* List of key names to attempt to defrag one by one, gradually. */ } redisDb;
过期键数据结构如下图所示：
过期策略
Redis 会删除已过期的键值，以此来减少 Redis 的空间占用，但因为 Redis 本身是单线的，如果因为删除操作而影响主业务的执行就得不偿失了，为此 Redis 需要制定多个（过期）删除策略来保证正常执行的性能。
定时删除
在设置键值过期时间时，创建一个定时事件，当过期时间到达时，由事件处理器自动执行键的删除操作。
- 优点：保证内存可以被尽快地释放。
- 缺点：在 Redis 高负载的情况下或有大量过期键需要同时处理时，会造成 Redis 服务器卡顿，影响主业务执行。
惰性删除
不主动删除过期键，每次从数据库获取键值时判断是否过期，如果过期则删除键值，并返回 null。
- 优点：因为每次访问时，才会判断过期键，所以此策略只会使用很少的系统资源。
- 缺点：系统占用空间删除不及时，导致空间利用率降低，造成了一定的空间浪费。
源码解析
惰性删除的源码位于 src/db.c 文件的 expireIfNeeded 方法中，源码如下：
int expireIfNeeded(redisDb *db, robj *key) { // 判断键是否过期 if (!keyIsExpired(db,key)) return 0; if (server.masterhost != NULL) return 1; /* 删除过期键 */ // 增加过期键个数 server.stat_expiredkeys++; // 传播键过期的消息 propagateExpire(db,key,server.lazyfree_lazy_expire); notifyKeyspaceEvent(NOTIFY_EXPIRED, "expired",key,db->id); // server.lazyfree_lazy_expire 为 1 表示异步删除（懒空间释放），反之同步删除 return server.lazyfree_lazy_expire ? dbAsyncDelete(db,key) : dbSyncDelete(db,key); } // 判断键是否过期 int keyIsExpired(redisDb *db, robj *key) { mstime_t when = getExpire(db,key); if (when when; } // 获取键的过期时间 long long getExpire(redisDb *db, robj *key) { dictEntry *de; /* No expire? return ASAP */ if (dictSize(db->expires) == 0 || (de = dictFind(db->expires,key->ptr)) == NULL) return -1; /* The entry was found in the expire dict, this means it should also * be present in the main dict (safety check). */ serverAssertWithInfo(NULL,key,dictFind(db->dict,key->ptr) != NULL); return dictGetSignedIntegerVal(de); }
所有对数据库的读写命令在执行之前，都会调用 expireIfNeeded 方法判断键值是否过期，过期则会从数据库中删除，反之则不做任何处理。
定期删除
每隔一段时间检查一次数据库，随机删除一些过期键。
Redis 默认每秒进行 10 次过期扫描，此配置可通过 Redis 的配置文件 redis.conf 进行配置，配置键为 hz 它的默认值是 hz 10。
注意：Redis 每次扫描并不是遍历过期字典中的所有键，而是采用随机抽取判断并删除过期键的形式执行的。
定期删除流程
-
从过期字典中随机取出 20 个键。
-
删除这 20 个键中过期的键。
-
如果过期 key 的比例超过 25%，重复步骤 1。
同时为了保证过期扫描不会出现循环过度，导致线程卡死现象，算法还增加了扫描时间的上限，默认不会超过 25ms。
- 优点：通过限制删除操作的时长和频率，来减少删除操作对 Redis 主业务的影响，同时也能删除一部分过期的数据减少了过期键对空间的无效占用。
- 缺点：内存清理方面没有定时删除效果好，同时没有惰性删除使用的系统资源少。
源码解析
定期删除的核心源码在 src/expire.c 文件下的 activeExpireCycle 方法中，源码如下：
void activeExpireCycle(int type) { static unsigned int current_db = 0; /* 上次定期删除遍历到的数据库ID */ static int timelimit_exit = 0; /* Time limit hit in previous call? */ static long long last_fast_cycle = 0; /* 上一次执行快速定期删除的时间点 */ int j, iteration = 0; int dbs_per_call = CRON_DBS_PER_CALL; // 每次定期删除，遍历的数据库的数量 long long start = ustime(), timelimit, elapsed; if (clientsArePaused()) return; if (type == ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_FAST) { if (!timelimit_exit) return; // ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_FAST_DURATION 是快速定期删除的执行时长 if (start server.dbnum || timelimit_exit) dbs_per_call = server.dbnum; // 慢速定期删除的执行时长 timelimit = 1000000*ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_SLOW_TIME_PERC/server.hz/100; timelimit_exit = 0; if (timelimit ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_LOOKUPS_PER_LOOP) num = ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_LOOKUPS_PER_LOOP; // 从数据库中随机选取 num 个键进行检查 while (num--) { dictEntry *de; long long ttl; if ((de = dictGetRandomKey(db->expires)) == NULL) break; ttl = dictGetSignedInteger // 过期检查，并对过期键进行删除 if (activeExpireCycleTryExpire(db,de,now)) expired++; if (ttl > 0) { /* We want the average TTL of keys yet not expired. */ ttl_sum += ttl; ttl_samples++; } total_sampled++; } total_expired += expired; if (ttl_samples) { long long avg_ttl = ttl_sum/ttl_samples; if (db->avg_ttl == 0) db->avg_ttl = avg_ttl; db->avg_ttl = (db->avg_ttl/50)*49 + (avg_ttl/50); } if ((iteration & 0xf) == 0) { /* check once every 16 iterations. */ elapsed = ustime()-start; if (elapsed > timelimit) { timelimit_exit = 1; server.stat_expired_time_cap_reached_count++; break; } } /* 每次检查只删除 ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_LOOKUPS_PER_LOOP/4 个过期键 */ } while (expired > ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_LOOKUPS_PER_LOOP/4); } // ....... }
activeExpireCycle 方法在规定的时间，分多次遍历各个数据库，从过期字典中随机检查一部分过期键的过期时间，删除其中的过期键。
这个函数有两种执行模式，一个是快速模式一个是慢速模式，体现是代码中的 timelimit 变量，这个变量是用来约束此函数的运行时间的。快速模式下 timelimit 的值是固定的，等于预定义常量 ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_FAST_DURATION，慢速模式下，这个变量的值是通过 1000000 * ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_SLOW_TIME_PERC/server.hz/100 计算的。
Redis 使用的过期策略
Redis 使用的是惰性删除加定期删除的过期策略。
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