Redis进阶 - 朝生暮死之Redis过期计谋

概述

   Redis 是一种常用的内存数据库，其所有的数据布局都可以设置过期时间，时间一到，就会自动删除。你可以想象 Redis 内部有一个死神，时刻盯着所有设置了过期时间的 key，寿命一到就会立即收割。

  你还可以进一步站在死神的角度思考，会不会由于同一时间太多的 key 过期，以至于忙不外来。同时由于 Redis 是单线程的，收割的时间也会占用线程的处理时间，如果收割的太过于繁忙，会不会导致线上读写指令出现卡顿。所有在过期这件事上，Redis 非常小心。
一、Redis 数据过期

1.1 Redis中key的过期时间

  通过 EXPIRE key seconds 命令来设置数据的过期时间。返回1表明设置乐成，返回0表明key不存在大概不能乐成设置过期时间。在key上设置了过期时间后key将在指定的秒数后被自动删除。

1. 127.0.0.1:6379> SETEX key 5 value
2. OK
4. 127.0.0.1:6379> ttl s
5. (integer) 5
7. 127.0.0.1:6379> GET key
8. "value"
10. 127.0.0.1:6379> GET key   ## 5 秒过后
11. (nil)

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  命令 TTL 用于返回给定键距离过期还有多长时间。注意：当key被DEL命令删除大概被SET、GETSET命令重置后与之关联的过期时间会被扫除。
    Redis 有四个命令可以设置键的生存时间（可以存活多久）和过期时间（什么时间到期），如下表所示：
命令说明expire key seconds以秒为单位设置键的生存时间pexpire key milliseconds以毫秒为单位设置键的生存时间expireat key timestamp以秒为单位，设置键的过期 UNIX 时间戳pexpireat key milliseconds-timestamp以毫秒为单位，设置键的过期 UNIX 时间戳 1.2 基于时间的过期计谋

• 在Redis中，可以利用EXPIRE和PEXPIRE命令为键设置生存时间，以秒或毫秒为单位。比方：
  
  1. # 设置多少秒后过期
  2. EXPIRE key seconds
  3. # 设置多少毫秒后过期
  4. PEXPIRE key milliseconds
  5. #  设置 key 过期时间的时间戳(unix timestamp) 以秒计
  6. EXPIREAT key timestamp
  7. # 设置 key 过期时间的时间戳(unix timestamp) 以毫秒计
  8. PEXPIREAT key milliseconds-timestamp

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• 可以利用TTL命令或PTTL命令来查看键的剩余生存时间（以秒或毫秒为单位）。比方：
  
  1. # 以秒为单位，返回给定 key 的剩余生存时间
  2. TTL key
  3. # 以毫秒为单位返回 key 的剩余的过期时间
  4. PTTL key

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• 可以利用PERSIST命令来取消键的生存时间，使其永久保存。比方：
  
  1. # 移除key的过期时间，key将保持永久
  2. PERSIST key

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二、Redis数据过期计谋

Redis的过期计谋主要是通过定时删除、惰性删除和定期删除三种方式来管理键的生命周期。
     过期计谋说明定时删除为每个设置了过期时间的键创建一个定时器，一旦过期就立即删除。
但是这种方式可能会消耗大量的CPU资源，因此Redis默认不利用这种计谋。定期删除每隔一段时间随机抽查一些键，删除其中已经过期的键。
这种方式是前两种方式的折衷，联合了定时任务和惰性删除的优点，是Redis默认采用的计谋。惰性删除只有在访问键时，才会查抄键是否过期，过期则删除。
这种方式可以最洪流平地节省CPU资源，但可能会导致大量的空间浪费。 2.1 定时删除

  Redis 在设置键的过期时间时，创建一个定时势件，当过期时间到达时，由事件处理器自动实行键的删除操纵。定时删除计谋对内存是最友爱的，由于它包管过期键会在第一时间被删除， 过期键所消耗的内存会立即被开释。但它对 CPU 时间是最不友爱的，由于删除操纵可能会占用大量的 CPU 时间，将 CPU 时间花在删除那些和当前任务无关的过期键上，从而影响缓存的相应时间和吞吐量，这种做法毫无疑问会是低效的，因此Redis默认不利用这种计谋。
2.2 定期删除

  Redis 的定期删除计谋是一种均衡的方法，它定时地查抄 Redis 库中的过期数据，采用随机抽样的方法，根据过期数据的比例来调解删除的速度。过期数据的比例是指 Redis 在定期删除计谋中，根据每次随机抽样的键中有多少是过期的来决定是否继续删除。如果过期的键比例超过 1/4，就继续抽样和删除。这样可以根据过期数据的麋集水平来控制删除的频率，制止过多占用 CPU 资源或内存空间。
  Redis 会将每个设置了过期时间的 key 存入到一个单独的字典中，默认每秒进行 10 次过期查抄一次数据库。每次查抄数据库并不是遍历过期的所有 key，而是从数据库中随机抽取一定数量的 key 进行过期查抄。接下来，详细说说 Redis 的定期删除的流程。
       此时，会有人问“至于为什么不扫描所有的 key？”，这个题目很简朴，Redis 作为一个单线程系统，全面扫描所有键值对可能会大幅度地影响性能。因此，Redis 限定每次过期扫描的最大耗时，这个限定默认是 25ms。如果用户将操纵超时设置得太短，比如 10ms，那么许多连接可能会由于超时而关闭，导致应用出现许多异常。此时，Redis 的慢查询日志可能并没有任何记录，由于慢查询记录的只是命令的处理时间，而不包括等候时间。当大量键值对在同一时刻过期时，Redis 会多次扫描过期字典，直到过期键的比例低于四分之一。这可能会导致短暂的系统卡顿，尤其在并发请求高的情况下，这可能引发所谓的缓存雪崩。
2.3 惰性删除

  与定期删除差别，懒惰删除计谋并不会定时地去扫描和删除过期的键，而是在每次访问 key 时，才会判断该key是否已过期。如果过期则扫除，而且删除的目标仅限于当前处理的键；如果没有过期，不做任那里理，然后返回正常的键值对给客户端。如下图所示：
       惰性删除对比定期删除而言，可以节省处理器时间，由于只有在键被访问时，Redis 才会去查抄并删除过期的键。这种计谋在许多情况下都能有效地处理过期的键，由于许多过期的键可能永远都不会被访问，因此没有须要花费时间去删除它们。
  然而，惰性删除可能会导致过期的键占用内存空间。由于只有在键被访问时，Redis才会删除它，如果一个过期的键不绝没有被访问，那么它就会不绝占用内存空间，这在内存告急的环境下可能会成为一个题目。举个例子， 对于一些按时间点来更新的数据， 比如日志（log）， 在某个时间点之后， 对它们的访问就会大大减少， 如果大量的这些过期数据积存在数据库内里， 用户以为它们已经过期了（已经被删除了）， 但实际上这些键却没有真正的被删除（内存也没有被开释）， 那效果肯定是非常糟糕。
三、结语

  Redis 缓存的过期计谋是包管缓存可靠性和性能的关键之一，通过设置键值对缓存、设置过期时间、取消过期时间和查看 Redis 内存利用情况等操纵，可以实现对缓存的控制和管理。需要注意的是，在设置缓存过期时间时，应根据业务场景和数据范例来选择符合的时间。

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