Redis系列(五)：Redis的过时键删除策略

本篇博客是Redis系列的第5篇，主要讲解下Redis的过时键删除策略。

本系列的前4篇能够点击如下连接查看：

Redis系列(一)：Redis简介及环境安装

Redis系列(二)：Redis的5种数据结构及其经常使用命令

Redis系列(三)：Redis的持久化机制(RDB、AOF)

Redis系列(四)：Redis的复制机制(主从复制)

划重点：Redis的过时键删除策略也是面试中常常会被问的，我最近面试，被问到了好几回。

对于Redis服务器来讲，内存资源很是宝贵，若是一些过时键一直不被删除，就会形成资源浪费，

所以咱们须要考虑一个问题：若是一个键过时了，它何时会被删除呢？

1. 常见的删除策略

常见的删除策略有如下3种：

1. 定时删除

   在设置键的过时时间的同时，建立一个定时器，让定时器在键的过时时间来临时，当即执行对键的删除操做。

2. 惰性删除

   听任过时键无论，每次从键空间中获取键时，检查该键是否过时，若是过时，就删除该键，若是没有过时，就返回该键。

3. 按期删除

   每隔一段时间，程序对数据库进行一次检查，删除里面的过时键，至于要删除哪些数据库的哪些过时键，则由算法决定。

其中定时删除和按期删除为主动删除策略，惰性删除为被动删除策略。

接下来咱们一一讲解。

1.1 定时删除策略

定时删除策略经过使用定时器，定时删除策略能够保证过时键尽量快地被删除，并释放过时键占用的内存。

所以，定时删除策略的优缺点以下所示：

1. 优势：对内存很是友好
2. 缺点：对CPU时间很是不友好

举个例子，若是有大量的命令请求等待服务器处理，而且服务器当前不缺乏内存，若是服务器将大量的CPU时间用来删除过时键，那么服务器的响应时间和吞吐量就会受到影响。

也就是说，若是服务器建立大量的定时器，服务器处理命令请求的性能就会下降，

所以Redis目前并无使用定时删除策略。

1.2 惰性删除策略

惰性删除策略只会在获取键时才对键进行过时检查，不会在删除其它无关的过时键花费过多的CPU时间。

所以，惰性删除策略的优缺点以下所示：

1. 优势：对CPU时间很是友好
2. 缺点：对内存很是不友好

举个例子，若是数据库有不少的过时键，而这些过时键又刚好一直没有被访问到，那这些过时键就会一直占用着宝贵的内存资源，形成资源浪费。

1.3 按期删除策略

按期删除策略是定时删除策略和惰性删除策略的一种整合折中方案。

按期删除策略每隔一段时间执行一次删除过时键操做，并经过限制删除操做执行的时长和频率来减小删除操做对CPU时间的影响，同时，经过按期删除过时键，也有效地减小了由于过时键而带来的内存浪费。

2. Redis使用的过时键删除策略

Redis服务器使用的是惰性删除策略和按期删除策略。

2.1 惰性删除策略的实现

过时键的惰性删除策略由expireIfNeeded函数实现，全部读写数据库的Redis命令在执行以前都会调用expireIfNeeded函数对输入键进行检查：

• 若是输入键已通过期，那么将输入键从数据库中删除
• 若是输入键未过时，那么不作任何处理

以上描述可使用以下流程图表示：

2.2 按期删除策略的实现

过时键的按期删除策略由activeExpireCycle函数实现，每当Redis服务器的周期性操做serverCron函数执行时，activeExpireCycle函数就会被调用，它在规定的时间内，分屡次遍历服务器中的各个数据库，从数据库的expires字典中随机检查一部分键的过时时间，并删除其中的过时键。

activeExpireCycle函数的大致流程为：

函数每次运行时，都从必定数量的数据库中随机取出必定数量的键进行检查，并删除其中的过时键，好比先从0号数据库开始检查，下次函数运行时，可能就是从1号数据库开始检查，直到15号数据库检查完毕，又从新从0号数据库开始检查，这样能够保证每一个数据库都被检查到。

划重点：

1. 关于按期删除的大致流程，最近面试时有被问道，我就是按上述描述回答的。
2. 可能有的面试官还会问，每次随机删除哪些key呢？能够提下LRU算法（Least Recently Used 最近最少使用），通常不会再细问，不过有兴趣的同窗能够深刻研究下。

3. RDB对过时键的处理

3.1 生成RDB文件

在执行SAVE命令或者BGSAVE命令建立一个新的RDB文件时，程序会对数据库中的键进行检查，已过时的键不会被保存到新建立的RDB文件中。

举个例子，若是数据库中包含3个键k一、k二、k3，而且k2已通过期，那么建立新的RDB文件时，程序只会将k1和k3保存到RDB文件中，k2则会被忽略。

3.2 载入RDB文件

在启动Redis服务器时，若是服务器只开启了RDB持久化，那么服务器将会载入RDB文件：

• 若是服务器以主服务器模式运行，在载入RDB文件时，程序会对文件中保存的键进行检查，未过时的键会被载入到数据库中，过时键会被忽略。

• 若是服务器以从服务器模式运行，在载入RDB文件时，文件中保存的全部键，不管是否过时，都会被载入到数据库中。

  由于主从服务器在进行数据同步（完整重同步）的时候，从服务器的数据库会被清空，因此通常状况下，过时键对载入RDB文件的从服务器不会形成影响。

4. AOF对过时键的处理

4.1 AOF文件写入

若是数据库中的某个键已通过期，而且服务器开启了AOF持久化功能，当过时键被惰性删除或者按期删除后，程序会向AOF文件追加一条DEL命令，显式记录该键已被删除。

举个例子，若是客户端执行命令GET message访问已通过期的message键，那么服务器将执行如下3个动做：

1. 从数据库中删除message键
2. 追加一条DEL message命令到AOF文件
3. 向执行GET message命令的客户端返回空回复

4.2 AOF文件重写

在执行AOF文件重写时，程序会对数据库中的键进行检查，已过时的键不会被保存到重写后的AOF文件中。

5. 复制功能对过时键的处理

在主从复制模式下，从服务器的过时键删除动做由主服务器控制：

• 主服务器在删除一个过时键后，会显式地向全部从服务器发送一个DEL命令，告知从服务器删除这个过时键。
• 从服务器在执行客户端发送的读命令时，即便发现该键已过时也不会删除该键，照常返回该键的值。
• 从服务器只有接收到主服务器发送的DEL命令后，才会删除过时键。

6. 源码及参考

黄健宏 《Redis设计与实现》