Redis過期策略及實(shí)現(xiàn)原理

我們在使用redis時，一般會設(shè)置一個過期時間，當(dāng)然也有不設(shè)置過期時間的，也就是永久不過期。

當(dāng)我們設(shè)置了過期時間，redis是如何判斷是否過期，以及根據(jù)什么策略來進(jìn)行刪除的。

redis設(shè)置過期時間：
expire key time(以秒為單位)–這是最常用的方式
setex(String key, int seconds, String value)–字符串獨(dú)有的方式
注：

除了字符串自己獨(dú)有設(shè)置過期時間的方法外，其他方法都需要依靠expire方法來設(shè)置時間

如果沒有設(shè)置時間，那緩存就是永不過期

如果設(shè)置了過期時間，之后又想讓緩存永不過期，使用persist key

三種過期策略：
定時刪除
含義：在設(shè)置key的過期時間的同時，為該key創(chuàng)建一個定時器，讓定時器在key的過期時間來臨時，對key進(jìn)行刪除

優(yōu)點(diǎn)：保證內(nèi)存被盡快釋放

缺點(diǎn)：
若過期key很多，刪除這些key會占用很多的CPU時間，在CPU時間緊張的情況下，CPU不能把所有的時間用來做要緊的事兒，還需要去花時間刪除這些key
定時器的創(chuàng)建耗時，若為每一個設(shè)置過期時間的key創(chuàng)建一個定時器（將會有大量的定時器產(chǎn)生），性能影響嚴(yán)重
懶漢式式刪除
含義：key過期的時候不刪除，每次通過key獲取值的時候去檢查是否過期，若過期，則刪除，返回null。

優(yōu)點(diǎn)：刪除操作只發(fā)生在通過key取值的時候發(fā)生，而且只刪除當(dāng)前key，所以對CPU時間的占用是比較少的，而且此時的刪除是已經(jīng)到了非做不可的地步（如果此時還不刪除的話，我們就會獲取到了已經(jīng)過期的key了）

缺點(diǎn)：若大量的key在超出超時時間后，很久一段時間內(nèi)，都沒有被獲取過，那么可能發(fā)生內(nèi)存泄露（無用的垃圾占用了大量的內(nèi)存）

定期刪除
含義：每隔一段時間執(zhí)行一次刪除過期key操作

優(yōu)點(diǎn)：
通過限制刪除操作的時長和頻率，來減少刪除操作對CPU時間的占用–處理”定時刪除”的缺點(diǎn)
定期刪除過期key–處理”懶漢式刪除”的缺點(diǎn)
缺點(diǎn)：
在內(nèi)存友好方面，不如”定時刪除”（會造成一定的內(nèi)存占用，但是沒有懶漢式那么占用內(nèi)存） 在CPU時間友好方面，不如”懶漢式刪除”（會定期的去進(jìn)行比較和刪除操作，cpu方面不如懶漢式，但是比定時好）

難點(diǎn)：合理設(shè)置刪除操作的執(zhí)行時長（每次刪除執(zhí)行多長時間）和執(zhí)行頻率（每隔多長時間做一次刪除）（這個要根據(jù)服務(wù)器運(yùn)行情況來定了），每次執(zhí)行時間太長，或者執(zhí)行頻率太高對cpu都是一種壓力。

每次進(jìn)行定期刪除操作執(zhí)行之后，需要記錄遍歷循環(huán)到了哪個標(biāo)志位，以便下一次定期時間來時，從上次位置開始進(jìn)行循環(huán)遍歷

說明：memcached只是用了惰性刪除，而redis同時使用了惰性刪除與定期刪除，這也是二者的一個不同點(diǎn)（可以看做是redis優(yōu)于memcached的一點(diǎn)）；

對于懶漢式刪除而言，并不是只有獲取key的時候才會檢查key是否過期，在某些設(shè)置key的方法上也會檢查（eg.setnx key2 value2：該方法類似于memcached的add方法，如果設(shè)置的key2已經(jīng)存在，那么該方法返回false，什么都不做；如果設(shè)置的key2不存在，那么該方法設(shè)置緩存key2-value2。假設(shè)調(diào)用此方法的時候，發(fā)現(xiàn)redis中已經(jīng)存在了key2，但是該key2已經(jīng)過期了，如果此時不執(zhí)行刪除操作的話，setnx方法將會直接返回false，也就是說此時并沒有重新設(shè)置key2-value2成功，所以對于一定要在setnx執(zhí)行之前，對key2進(jìn)行過期檢查）。

Redis采用的過期策略
懶漢式刪除+定期刪除
懶漢式刪除流程：
在進(jìn)行g(shù)et或setnx等操作時，先檢查key是否過期；
若過期，刪除key，然后執(zhí)行相應(yīng)操作；
若沒過期，直接執(zhí)行相應(yīng)操作；
定期刪除流程（簡單而言，對指定個數(shù)個庫的每一個庫隨機(jī)刪除小于等于指定個數(shù)個過期key）：
遍歷每個數(shù)據(jù)庫（就是redis.conf中配置的”database”數(shù)量，默認(rèn)為16）
檢查當(dāng)前庫中的指定個數(shù)個key（默認(rèn)是每個庫檢查20個key，注意相當(dāng)于該循環(huán)執(zhí)行20次，循環(huán)體是下邊的描述）
如果當(dāng)前庫中沒有一個key設(shè)置了過期時間，直接執(zhí)行下一個庫的遍歷
隨機(jī)獲取一個設(shè)置了過期時間的key，檢查該key是否過期，如果過期，刪除key
判斷定期刪除操作是否已經(jīng)達(dá)到指定時長，若已經(jīng)達(dá)到，直接退出定期刪除。
對于定期刪除，在程序中有一個全局變量current_db來記錄下一個將要遍歷的庫，假設(shè)有16個庫，我們這一次定期刪除遍歷了10個，那此時的current_db就是11，下一次定期刪除就從第11個庫開始遍歷，假設(shè)current_db等于15了，那么之后遍歷就再從0號庫開始（此時current_db==0）

總結(jié)
在實(shí)際中，如果我們要自己設(shè)計(jì)過期策略， 在使用懶漢式刪除+定期刪除時，控制時長和頻率這個尤為關(guān)鍵，需要結(jié)合服務(wù)器性能，已經(jīng)并發(fā)量等情況進(jìn)行調(diào)整，以致最佳。