Redis学习笔记--Redis数据过时策略详解

　　本文对Redis的过时机制简单的讲解一下
　　讲解以前咱们先抛出一个问题，咱们知道不少时候服务器常常会用到redis做为缓存，有不少数据都是临时缓存一下，可能用过以后好久都不会再用到了（好比暂存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

1. Redis会本身回收清理不用的数据吗？
2. 若是能，那如何配置？
3. 若是不能，如何防止数据累加后大量占用存储空间的问题？

　　以前一直接触Redis不是很深刻，最近项目当中遇到一个需求场景，须要清空一些存放在Redis的数据，主要是经过一些时间进行过滤，删除那些不知足的数据，可是这样的工做天天都须要进行，那工做量就比较大了，并且天天都须要按时去手动清理，这样作也不切实际，后面发现Redis中有个设置时间过时的功能，即对存储在Redis数据库中的值能够设置一个过时时间。做为一个缓存数据库，这是很是实用的。这就是咱们本文要讲到的Redis过时机制。其实这个机制运用的场景十分普遍，好比咱们通常项目中的token或者一些登陆信息，尤为是短信验证码都是有时间限制的，或者是限制请求次数，若是按照传统的数据库处理方式，通常都是本身判断过时，这样无疑会严重影响项目性能。

1、设置过时时间

　　Redis对存储值的过时处理其实是针对该值的键（key）处理的，即时间的设置也是设置key的有效时间。Expires字典保存了全部键的过时时间，Expires也被称为过时字段。

• expire key time(以秒为单位)--这是最经常使用的方式
• setex(String key, int seconds, String value)--字符串独有的方式

注：
　　一、除了字符串本身独有设置过时时间的方法外，其余方法都须要依靠expire方法来设置时间
　　二、若是没有设置时间，那缓存就是永不过时
　　三、若是设置了过时时间，以后又想让缓存永不过时，使用persist key

一、经常使用方式

通常主要包括4种处理过时方，其中expire都是以秒为单位，pexpire都是以毫秒为单位的。

1 EXPIRE key seconds　　//将key的生存时间设置为ttl秒
2 PEXPIRE key milliseconds　　//将key的生成时间设置为ttl毫秒
3 EXPIREAT key timestamp　　//将key的过时时间设置为timestamp所表明的的秒数的时间戳
4 PEXPIREAT key milliseconds-timestamp　　//将key的过时时间设置为timestamp所表明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过时）
一、2两种方式是设置一个过时的时间段，就是我们处理验证码最经常使用的策略，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。
三、4两种方式是指定一个过时的时间 ，好比优惠券的过时时间是某年某月某日，只是单位不同。

下面咱们就以EXPIREAT为例子简单讲解下用法。

返回值

一个整数值1或0，以下：

• 若是成功地为该键设置了超时时间，返回 1
• 若是键不存在或没法设置超时时间，返回 0

语法
如下是以Redis的EXPIREAT命令的基本语法。

1 redis 127.0.0.1:6379> Expireat KEY_NAME TIME_IN_UNIX_TIMESTAMP

示例

首先，在Redis中建立一个键：akey，并在akey中设置一些值。

1 redis 127.0.0.1:6379> SET akey redis 
2 OK

如今，为设置建立的键设置超时时间为60 秒。

 1 127.0.0.1:6379> SET akey redis
 2 OK
 3 127.0.0.1:6379> EXPIREAT akey 1393840000
 4 (integer) 1
 5 127.0.0.1:6379> EXISTS akey
 6 (integer) 0
 7 127.0.0.1:6379> SET akey redis
 8 OK
 9 127.0.0.1:6379> EXPIREAT akey 1493840000
10 (integer) 1
11 127.0.0.1:6379> EXISTS akey
12 (integer) 1

其余三个用法相似，这里不逐一阐述

二、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 设置值及其过时时间。若是 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 命令基本语法以下：

redis 127.0.0.1:6379> SETEX KEY_NAME TIMEOUT VALUE

示例

1 redis 127.0.0.1:6379> SETEX mykey 60 redis
2 OK
3 redis 127.0.0.1:6379> TTL mykey
4 60
5 redis 127.0.0.1:6379> GET mykey
6 "redis

2、3种过时策略

• 定时删除
  • 含义：在设置key的过时时间的同时，为该key建立一个定时器，让定时器在key的过时时间来临时，对key进行删除
  • 优势：保证内存被尽快释放
  • 缺点：
    • 若过时key不少，删除这些key会占用不少的CPU时间，在CPU时间紧张的状况下，CPU不能把全部的时间用来作要紧的事儿，还须要去花时间删除这些key
    • 定时器的建立耗时，若为每个设置过时时间的key建立一个定时器（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过时的时候不删除，每次从数据库获取key的时候去检查是否过时，若过时，则删除，返回null。
  • 优势：删除操做只发生在从数据库取出key的时候发生，并且只删除当前key，因此对CPU时间的占用是比较少的，并且此时的删除是已经到了非作不可的地步（若是此时还不删除的话，咱们就会获取到了已通过期的key了）
  • 缺点：若大量的key在超出超时时间后，好久一段时间内，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）
• 按期删除
  • 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)过时key操做
  • 优势：
    • 经过限制删除操做的时长和频率，来减小删除操做对CPU时间的占用--处理"定时删除"的缺点
    • 按期删除过时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
    • 合理设置删除操做的执行时长（每次删除执行多长时间）和执行频率（每隔多长时间作一次删除）（这个要根据服务器运行状况来定了）

看完上面三种策略后能够得出如下结论： 
定时删除和按期删除为主动删除：Redis会按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是否是已过时，过时就删除

惰性删除为redis服务器内置策略

按期删除能够经过：

• 第1、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2、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，默认状况下每一台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，全部的操做都是对0号数据库的操做，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，可使用"select 1"来选择一号数据库
# 注意：因为默认使用0号数据库，那么咱们所作的全部的缓存操做都存在0号数据库上，
# 当你在1号数据库上去查找的时候，就查不到以前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按期删除，这也是两者的一个不一样点（能够看作是redis优于memcached的一点）
• 对于惰性删除而言，并非只有获取key的时候才会检查key是否过时，在某些设置key的方法上也会检查（eg.setnx key2 value2：该方法相似于memcached的add方法，若是设置的key2已经存在，那么该方法返回false，什么都不作；若是设置的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，可是该key2已通过期了，若是此时不执行删除操做的话，setnx方法将会直接返回false，也就是说此时并无从新设置key2-value2成功，因此对于必定要在setnx执行以前，对key2进行过时检查）

3、Redis采用的过时策略

惰性删除+按期删除

• 惰性删除流程
  • 在进行get或setnx等操做时，先检查key是否过时，
  • 若过时，删除key，而后执行相应操做；
  • 若没过时，直接执行相应操做
• 按期删除流程（简单而言，对指定个数个库的每个库随机删除小于等于指定个数个过时key）
  • 遍历每一个数据库（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（默认是每一个库检查20个key，注意至关于该循环执行20次，循环体时下边的描述）
      • 若是当前库中没有一个key设置了过时时间，直接执行下一个库的遍历
      • 随机获取一个设置了过时时间的key，检查该key是否过时，若是过时，删除key
      • 判判定期删除操做是否已经达到指定时长，若已经达到，直接退出按期删除。

4、RDB对过时key的处理

过时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以前，会检查是否过时，过时的key不进入RDB文件
• 从RDB文件恢复数据到内存数据库
  • 数据载入数据库以前，会对key先进行过时检查，若是过时，不导入数据库（主库状况）

5、AOF对过时key的处理

过时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过时后，尚未被删除，此时进行执行持久化操做（该key是不会进入aof文件的，由于没有发生修改命令）
  • 当key过时后，在发生删除操做时，程序会向aof文件追加一条del命令（在未来的以aof文件恢复数据的时候该过时的键就会被删掉）
• AOF重写
  • 重写时，会先判断key是否过时，已过时的key不会重写到aof文件 

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