Redis数据过期策略的实现详解

　　本文对Redis的过期机制简单的讲解一下

　　讲解之前我们先抛出一个问题，我们知道很多时候服务器经常会用到redis作为缓存，有很多数据都是临时缓存一下，可能用过之后很久都不会再用到了（比如暂存session，又或者只存放日行情股票数据）那么就会出现一下几个问题了

Redis会自己回收清理不用的数据吗？如果能，那如何配置？如果不能，如何防止数据累加后大量占用存储空间的问题？

　　之前一直接触Redis不是很深入，最近项目当中遇到一个需求场景，需要清空一些存放在Redis的数据，主要是通过一些时间进行过滤，删除那些不满足的数据，但是这样的工作每天都需要进行，那工作量就比较大了，而且每天都需要按时去手动清理，这样做也不切实际，后面发现Redis中有个设置时间过期的功能，即对存储在Redis数据库中的值可以设置一个过期时间。作为一个缓存数据库，这是非常实用的。这就是我们本文要讲到的Redis过期机制。其实这个机制运用的场景十分广泛，比如我们一般项目中的token或者一些登录信息，尤其是短信验证码都是有时间限制的，或者是限制请求次数，如果按照传统的数据库处理方式，一般都是自己判断过期，这样无疑会严重影响项目性能。

一、设置过期时间

　　Redis对存储值的过期处理实际上是针对该值的键（key）处理的，即时间的设置也是设置key的有效时间。Expires字典保存了所有键的过期时间，Expires也被称为过期字段。

expire key time(以秒为单位)--这是最常用的方式setex(String key, int seconds, String value)--字符串独有的方式

注：
　　1、除了字符串自己独有设置过期时间的方法外，其他方法都需要依靠expire方法来设置时间
　　2、如果没有设置时间，那缓存就是永不过期
　　3、如果设置了过期时间，之后又想让缓存永不过期，使用persist key

1、常用方式

一般主要包括4种处理过期方，其中expire都是以秒为单位，pexpire都是以毫秒为单位的。

EXPIRE key seconds　　//将key的生存时间设置为ttl秒
PEXPIRE key milliseconds　　//将key的生成时间设置为ttl毫秒
EXPIREAT key timestamp　　//将key的过期时间设置为timestamp所代表的的秒数的时间戳
PEXPIREAT key milliseconds-timestamp　　//将key的过期时间设置为timestamp所代表的的毫秒数的时间戳

备注：timestamp为unix时间戳（例如：timestamp=1499788800 表示将在2017.07.12过期）
1、2两种方式是设置一个过期的时间段，就是咱们处理验证码最常用的策略，设置三分钟或五分钟后失效，把分钟数转换成秒或毫秒存储到Redis中。
3、4两种方式是指定一个过期的时间 ，比如优惠券的过期时间是某年某月某日，只是单位不一样。

下面我们就以EXPIREAT为例子简单讲解下用法。

返回值

一个整数值1或0，如下：

• 如果成功地为该键设置了超时时间，返回 1
• 如果键不存在或无法设置超时时间，返回 0

语法
以下是以Redis的EXPIREAT命令的基本语法。

redis 127.0.0.1:6379> Expireat KEY_NAME TIME_IN_UNIX_TIMESTAMP

示例

首先，在Redis中创建一个键：akey，并在akey中设置一些值。

redis 127.0.0.1:6379> SET akey redis 
OK

现在，为设置创建的键设置超时时间为60秒。

127.0.0.1:6379> SET akey redis
OK
127.0.0.1:6379> EXPIREAT akey 1393840000
(integer) 1
127.0.0.1:6379> EXISTS akey
(integer) 0
127.0.0.1:6379> SET akey redis
OK
127.0.0.1:6379> EXPIREAT akey 1493840000
(integer) 1
127.0.0.1:6379> EXISTS akey
(integer) 1

其他三个用法类似，这里不逐一阐述

2、字符串独有方式

对字符串特殊处理的方式为SETEX命令，SETEX命令为指定的 key 设置值及其过期时间。如果 key 已经存在， SETEX 命令将会替换旧的值。

返回值

设置成功时返回 OK 。

语法

Redis Setex 命令基本语法如下：

redis 127.0.0.1:6379> SETEX KEY_NAME TIMEOUT VALUE

示例

redis 127.0.0.1:6379> SETEX mykey 60 redis
OK
redis 127.0.0.1:6379> TTL mykey
60
redis 127.0.0.1:6379> GET mykey
"redis

二、3种过期策略

定时删除

• 含义：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的过期时间来临时，对key进行删除
• 优点：保证内存被尽快释放
• 缺点：
  • 若过期key很多，删除这些key会占用很多的CPU时间，在CPU时间紧张的情况下，CPU不能把所有的时间用来做要紧的事儿，还需要去花时间删除这些key
  • 定时器的创建耗时，若为每一个设置过期时间的key创建一个定时器（将会有大量的定时器产生），性能影响严重
  • 没人用

惰性删除

• 含义：key过期的时候不删除，每次从数据库获取key的时候去检查是否过期，若过期，则删除，返回null。
• 优点：删除操作只发生在从数据库取出key的时候发生，而且只删除当前key，所以对CPU时间的占用是比较少的，而且此时的删除是已经到了非做不可的地步（如果此时还不删除的话，我们就会获取到了已经过期的key了）
• 缺点：若大量的key在超出超时时间后，很久一段时间内，都没有被获取过，那么可能发生内存泄露（无用的垃圾占用了大量的内存）

定期删除

• 含义：每隔一段时间执行一次删除(在redis.conf配置文件设置hz，1s刷新的频率)过期key操作
• 优点：
  • 通过限制删除操作的时长和频率，来减少删除操作对CPU时间的占用--处理"定时删除"的缺点
  • 定期删除过期key--处理"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
  • 合理设置删除操作的执行时长（每次删除执行多长时间）和执行频率（每隔多长时间做一次删除）（这个要根据服务器运行情况来定了）

看完上面三种策略后可以得出以下结论：

定时删除和定期删除为主动删除：Redis会定期主动淘汰一批已过去的key

惰性删除为被动删除：用到的时候才会去检验key是不是已过期，过期就删除

惰性删除为redis服务器内置策略

定期删除可以通过：

• 第一、配置redis.conf 的hz选项，默认为10 （即1秒执行10次，100ms一次，值越大说明刷新频率越快，最Redis性能损耗也越大）
• 第二、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

注意：

上边所说的数据库指的是内存数据库，默认情况下每一台redis服务器有16个数据库（关于数据库的设置，看下边代码），默认使用0号数据库，所有的操作都是对0号数据库的操作，关于redis数据库的存储结构，查看 第八章 Redis数据库结构与读写原理

# 设置数据库数量。默认为16个库，默认使用DB 0，可以使用"select 1"来选择一号数据库
# 注意：由于默认使用0号数据库，那么我们所做的所有的缓存操作都存在0号数据库上，
# 当你在1号数据库上去查找的时候，就查不到之前set过得缓存
# 若想将0号数据库上的缓存移动到1号数据库，可以使用"move key 1"
databases 16

memcached只是用了惰性删除，而Redis同时使用了惰性删除与定期删除，这也是二者的一个不同点（可以看做是redis优于memcached的一点）

对于惰性删除而言，并不是只有获取key的时候才会检查key是否过期，在某些设置key的方法上也会检查（eg.setnx key2 value2：该方法类似于memcached的add方法，如果设置的key2已经存在，那么该方法返回false，什么都不做；如果设置的key2不存在，那么该方法设置缓存key2-value2。假设调用此方法的时候，发现redis中已经存在了key2，但是该key2已经过期了，如果此时不执行删除操作的话，setnx方法将会直接返回false，也就是说此时并没有重新设置key2-value2成功，所以对于一定要在setnx执行之前，对key2进行过期检查）

三、Redis采用的过期策略

惰性删除+定期删除

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，
• 删除key，然后执行相应操作；
• 若没过期，直接执行相应操作

定期删除流程（简单而言，对指定个数个库的每一个库随机删除小于等于指定个数个过期key）

遍历每个数据库（就是redis.conf中配置的"database"数量，默认为16）

检查当前库中的指定个数个key（默认是每个库检查20个key，注意相当于该循环执行20次，循环体时下边的描述）

• 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
• 随机获取一个设置了过期时间的key，检查该key是否过期，如果过期，删除key
• 判断定期删除操作是否已经达到指定时长，若已经达到，直接退出定期删除。

四、RDB对过期key的处理

过期key对RDB没有任何影响

从内存数据库持久化数据到RDB文件

• 持久化key之前，会检查是否过期，过期的key不进入RDB文件

从RDB文件恢复数据到内存数据库

• 数据载入数据库之前，会对key先进行过期检查，如果过期，不导入数据库（主库情况）

五、AOF对过期key的处理

过期key对AOF没有任何影响

从内存数据库持久化数据到AOF文件：

• 当key过期后，还没有被删除，此时进行执行持久化操作（该key是不会进入aof文件的，因为没有发生修改命令）
• 当key过期后，在发生删除操作时，程序会向aof文件追加一条del命令（在将来的以aof文件恢复数据的时候该过期的键就会被删掉）

AOF重写

• 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

到此这篇关于Redis数据过期策略的实现详解的文章就介绍到这了,更多相关Redis数据过期策略内容请搜索编程网以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持编程网！