Redis之过期 key 底层逻辑

Redis给我们提供了设置键过期的方式:

  1. EXPIRE <key> <ttl> 命令用于将键key的生存时间设置为ttl秒
  2. PEXPIRE <key> <ttl> 命令用于将键key的生存时间设置为ttl毫秒
  3. EXPIREAT <key> <timestamp> 命令用于将键key的过期时间设置为timestamp
  4. PEXPIREAT <key> <timestamp>命令用于将键key的过期时间设置为timestamp所指定的秒数时间戳

其实上述命令经过转换后的执行效果都和PEXPIREAT命令效果一样:

def EXPIRE(key, ttl_in_sec) :
  #将TTL从秒转换成毫秒
  ttl_in_ms = sec_to_ms(ttl_in_sec)
  PEXPIRE(key, ttl_in_ms)

def PEXPIRE(key, ttl_in_ms):
  now_ms = get_current_unix_timestamp_in_ms()
  PEXPIREAT(key,now_ms+ttl_in_ms)

def EXPIREAT(key, expire_time_in_sec):
  expire_time_in_ms = sec_to_ms(expire_time_in_sec)
  PEXPIREAT(key, expire_time_in_ms)
方法转换

过期时间的底层存储

image.png

从图可知,在redis的数据库中,redisDb结构中的expires字典中保存了数据库中所有键的过期时间,所以叫过期字典。

  • 过期字典的key是一个指针,指向键空间的某个键对象(就是数据库键)
  • 过期字典的value是一个long类型的整数,这个整数保存了键所指向的数据库键的过期时间,一个毫秒精度的UNIX时间戳

过期键判定

通过过期字典,我们可以得到一个key是否过期:

  • 判断key是否存在于过期字典中
  • 通过过期字典拿到key的过期时间,判断当前UNIX时间戳是否大于key时间

重点:过期键的删除策略

其实删除策略也比较常见,以下三种:

  • 定时删除:设置过期键的同时,设定设定定时器,通过定时器来主动删除过期键。
    这种方式对内存友好,但是对cpu最不友好;定时器的设定需要使用redis服务器的时间事件(无序链表),查找的事件复杂度为O(n);故在过期键过多时,cpu的大部分占用是用来查找过期键和删除过期键的。

  • 惰性删除:每次对key进行操作时,判断当前key是否过期,再进行操作。
    这种方式很明显对内存是不友好的,key过期的话仍然会一直存在数据库中,直到下次有对这个key的操作。

  • 定期删除:每隔一段时间,对redis数据库中的过期字典进行扫描,对于过期的key进行删除。每次删除多少过期键,以及检查多少个数据库,需要由我们的算法来决定。
    定期删除算是上述两种方式折中的方式,定期删除的难点在于如何选取定期的时间:
    如果删除操作太过于频繁,那么将会退化成定时删除;
    如果删除操作执行次数太少或者执行的时间太短,就会退化为惰性删除。

redis实际上选用的是惰性删除和定期删除两种策略。
过期键的惰性删除策略是由db.c/expireIfNeeded函数实现的,所有读写数据库Redis命令在执行之前都会先调用该函数对输入键进行检查

image.png

过期键的定期删除策略是由redis.c/activeExpireCycle函数实现的。Redis服务器周期性操作redis.c/serverCron函数,activeExpireCycle函数就会被调用,在规定的事件内,分多次遍历服务器中的各个数据库,从数据库的expire字典中随机检查一部分键的过期时间,并删除其中过期的键。

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