本篇博客是Redis系列的第5篇，主要講解下Redis的過期鍵洗掉策略，
本系列的前4篇可以點擊以下鏈接查看：
Redis系列(一)：Redis簡介及環境安裝
Redis系列(二)：Redis的5種資料結構及其常用命令
Redis系列(三)：Redis的持久化機制(RDB、AOF)
Redis系列(四)：Redis的復制機制(主從復制)
劃重點：Redis的過期鍵洗掉策略也是面試中經常會被問的，我最近面試，被問到了好幾次，
對于Redis服務器來說，記憶體資源非常寶貴，如果一些過期鍵一直不被洗掉，就會造成資源浪費，
因此我們需要考慮一個問題：如果一個鍵過期了，它什么時候會被洗掉呢？
1. 常見的洗掉策略
常見的洗掉策略有以下3種：
-
定時洗掉
在設定鍵的過期時間的同時，創建一個定時器，讓定時器在鍵的過期時間來臨時，立即執行對鍵的洗掉操作，
-
惰性洗掉
放任過期鍵不管，每次從鍵空間中獲取鍵時，檢查該鍵是否過期，如果過期，就洗掉該鍵，如果沒有過期，就回傳該鍵，
-
定期洗掉
每隔一段時間，程式對資料庫進行一次檢查，洗掉里面的過期鍵，至于要洗掉哪些資料庫的哪些過期鍵，則由演算法決定，
其中定時洗掉和定期洗掉為主動洗掉策略，惰性洗掉為被動洗掉策略，
接下來我們一一講解，
1.1 定時洗掉策略
定時洗掉策略通過使用定時器，定時洗掉策略可以保證過期鍵盡可能快地被洗掉，并釋放過期鍵占用的記憶體，
因此，定時洗掉策略的優缺點如下所示：
- 優點：對記憶體非常友好
- 缺點：對CPU時間非常不友好
舉個例子，如果有大量的命令請求等待服務器處理，并且服務器當前不缺少記憶體，如果服務器將大量的CPU時間用來洗掉過期鍵，那么服務器的回應時間和吞吐量就會受到影響，
也就是說，如果服務器創建大量的定時器，服務器處理命令請求的性能就會降低，
因此Redis目前并沒有使用定時洗掉策略，
1.2 惰性洗掉策略
惰性洗掉策略只會在獲取鍵時才對鍵進行過期檢查，不會在洗掉其它無關的過期鍵花費過多的CPU時間，
因此，惰性洗掉策略的優缺點如下所示：
- 優點：對CPU時間非常友好
- 缺點：對記憶體非常不友好
舉個例子，如果資料庫有很多的過期鍵，而這些過期鍵又恰好一直沒有被訪問到，那這些過期鍵就會一直占用著寶貴的記憶體資源，造成資源浪費，
1.3 定期洗掉策略
定期洗掉策略是定時洗掉策略和惰性洗掉策略的一種整合折中方案，
定期洗掉策略每隔一段時間執行一次洗掉過期鍵操作，并通過限制洗掉操作執行的時長和頻率來減少洗掉操作對CPU時間的影響，同時，通過定期洗掉過期鍵，也有效地減少了因為過期鍵而帶來的記憶體浪費，
2. Redis使用的過期鍵洗掉策略
Redis服務器使用的是惰性洗掉策略和定期洗掉策略，
2.1 惰性洗掉策略的實作
過期鍵的惰性洗掉策略由expireIfNeeded函式實作，所有讀寫資料庫的Redis命令在執行之前都會呼叫expireIfNeeded函式對輸入鍵進行檢查：
- 如果輸入鍵已經過期，那么將輸入鍵從資料庫中洗掉
- 如果輸入鍵未過期，那么不做任何處理
以上描述可以使用如下流程圖表示：
2.2 定期洗掉策略的實作
過期鍵的定期洗掉策略由activeExpireCycle函式實作，每當Redis服務器的周期性操作serverCron函式執行時，activeExpireCycle函式就會被呼叫，它在規定的時間內，分多次遍歷服務器中的各個資料庫，從資料庫的expires字典中隨機檢查一部分鍵的過期時間，并洗掉其中的過期鍵，
activeExpireCycle函式的大體流程為：
函式每次運行時，都從一定數量的資料庫中隨機取出一定數量的鍵進行檢查，并洗掉其中的過期鍵，比如先從0號資料庫開始檢查，下次函式運行時，可能就是從1號資料庫開始檢查，直到15號資料庫檢查完畢，又重新從0號資料庫開始檢查，這樣可以保證每個資料庫都被檢查到，
劃重點：
- 關于定期洗掉的大體流程，最近面試時有被問道，我就是按上述描述回答的，
- 可能有的面試官還會問，每次隨機洗掉哪些key呢？可以提下LRU演算法（Least Recently Used 最近最少使用），一般不會再細問，不過有興趣的同學可以深入研究下，
3. RDB對過期鍵的處理
3.1 生成RDB檔案
在執行SAVE命令或者BGSAVE命令創建一個新的RDB檔案時，程式會對資料庫中的鍵進行檢查，已過期的鍵不會被保存到新創建的RDB檔案中，
舉個例子，如果資料庫中包含3個鍵k1、k2、k3，并且k2已經過期，那么創建新的RDB檔案時，程式只會將k1和k3保存到RDB檔案中，k2則會被忽略，
3.2 載入RDB檔案
在啟動Redis服務器時，如果服務器只開啟了RDB持久化，那么服務器將會載入RDB檔案：
-
如果服務器以主服務器模式運行，在載入RDB檔案時，程式會對檔案中保存的鍵進行檢查，未過期的鍵會被載入到資料庫中，過期鍵會被忽略，
-
如果服務器以從服務器模式運行，在載入RDB檔案時，檔案中保存的所有鍵，不論是否過期，都會被載入到資料庫中，
因為主從服務器在進行資料同步（完整重同步）的時候，從服務器的資料庫會被清空，所以一般情況下，過期鍵對載入RDB檔案的從服務器不會造成影響，
4. AOF對過期鍵的處理
4.1 AOF檔案寫入
如果資料庫中的某個鍵已經過期，并且服務器開啟了AOF持久化功能，當過期鍵被惰性洗掉或者定期洗掉后，程式會向AOF檔案追加一條DEL命令，顯式記錄該鍵已被洗掉，
舉個例子，如果客戶端執行命令GET message訪問已經過期的message鍵，那么服務器將執行以下3個動作：
- 從資料庫中洗掉message鍵
- 追加一條
DEL message命令到AOF檔案 - 向執行
GET message命令的客戶端回傳慷訓復
4.2 AOF檔案重寫
在執行AOF檔案重寫時，程式會對資料庫中的鍵進行檢查，已過期的鍵不會被保存到重寫后的AOF檔案中，
5. 復制功能對過期鍵的處理
在主從復制模式下，從服務器的過期鍵洗掉動作由主服務器控制：
- 主服務器在洗掉一個過期鍵后，會顯式地向所有從服務器發送一個DEL命令，告知從服務器洗掉這個過期鍵，
- 從服務器在執行客戶端發送的讀命令時，即使發現該鍵已過期也不會洗掉該鍵，照常回傳該鍵的值，
- 從服務器只有接收到主服務器發送的DEL命令后，才會洗掉過期鍵，
6. 原始碼及參考
黃健宏 《Redis設計與實作》
轉載請註明出處，本文鏈接：https://www.uj5u.com/shujuku/8799.html
標籤：NoSQL