这篇文章主要介绍Redis中过期操作和过期策略的示例分析,文中介绍的非常详细,具有一定的参考价值,感兴趣的小伙伴们一定要看完!
过期操作
过期设置
Redis
中设置过期时间主要通过以下四种方式:
expire key seconds
:设置key
在 n 秒后过期。pexpire key milliseconds
:设置key
在 n 毫秒后过期。expireat key timestamp
:设置key
在某个时间戳(精确到秒)之后过期。pexpireat key millisecondsTimestamp
:设置key
在某个时间戳(精确到毫秒)之后过期。
可用命令 ttl key
(以秒为单位)或 pttl key
(以毫秒为单位)来查看 key
还有多久过期。
Redis
可以使用 time
命令查询当前时间的时间戳(精确到秒)。
字符串中几个直接操作过期时间的方法,如下列表:
set key value ex seconds
:设置键值对的同时指定过期时间(精确到秒)。set key value px milliseconds
:设置键值对的同时指定过期时间(精确到毫秒)。setex key seconds valule
:设置键值对的同时指定过期时间(精确到秒)。
移除过期时间
使用命令: persist key
可以移除键值的过期时间。-1 表示永不过期。
Java 实现过期操作
使用 Jedis
来实现对 Redis
的操作,代码:
public class TTLTest {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 创建 Redis 连接
Jedis jedis = new Jedis("xxx.xxx.xxx.xxx", 6379);
// 设置 Redis 密码(如果没有密码,此行可省略)
jedis.auth("xxx");
// 存储键值对(默认情况下永不过期)
jedis.set("k", "v");
// 查询 TTL(过期时间)
Long ttl = jedis.ttl("k");
// 打印过期日志
// 过期时间:-1
System.out.println("过期时间:" + ttl);
// 设置 100s 后过期
jedis.expire("k", 100);
// 等待 1s 后执行
Thread.sleep(1000);
// 打印过期日志
// 执行 expire 后的 TTL=99
System.out.println("执行 expire 后的 TTL=" + jedis.ttl("k"));
}
}
更多过期操作方法,如下列表:
pexpire(String key, long milliseconds)
:设置 n 毫秒后过期。expireAt(String key, long unixTime)
:设置某个时间戳后过期(精确到秒)。pexpireAt(String key, long millisecondsTimestamp)
:设置某个时间戳后过期(精确到毫秒)。persist(String key)
:移除过期时间。
public class TTLTest {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// 创建 Redis 连接
Jedis jedis = new Jedis("xxx.xxx.xxx.xxx", 6379);
// 设置 Redis 密码(如果没有密码,此行可省略)
jedis.auth("xxx");
// 存储键值对(默认情况下永不过期)
jedis.set("k", "v");
// 查询 TTL(过期时间)
Long ttl = jedis.ttl("k");
// 打印过期日志
System.out.println("过期时间:" + ttl);
// 设置 100s 后过期
jedis.expire("k", 100);
// 等待 1s 后执行
Thread.sleep(1000);
// 打印过期日志
System.out.println("执行 expire 后的 TTL=" + jedis.ttl("k"));
// 设置 n 毫秒后过期
jedis.pexpire("k", 100000);
// 设置某个时间戳后过期(精确到秒)
jedis.expireAt("k", 1573468990);
// 设置某个时间戳后过期(精确到毫秒)
jedis.pexpireAt("k", 1573468990000L);
// 移除过期时间
jedis.persist("k");
}
}
持久化中的过期键
RDB 中的过期键
RDB
文件分为两个阶段,RDB
文件生成阶段和加载阶段。
1. RDB 文件生成
RDB
加载分为以下两种情况:
如果
Redis
是主服务器运行模式的话,在载入RDB
文件时,程序会对文件中保存的键进行检查,过期键不会被载入到数据库中。所以过期键不会对载入RDB
文件的主服务器造成影响;如果
Redis
是从服务器运行模式的话,在载入RDB
文件时,不论键是否过期都会被载入到数据库中。但由于主从服务器在进行数据同步时,从服务器的数据会被清空。所以一般来说,过期键对载入RDB
文件的从服务器也不会造成影响。
RDB
文件加载的源码可以在 rdb.c
文件的 rdbLoad()
函数中找到,源码所示:
if (server.masterhost == NULL && expiretime != -1 && expiretime < now) {
decrRefCount(key);
decrRefCount(val);
// 跳过
continue;
}
AOF 中的过期键
1. AOF 文件写入
当 Redis
以 AOF
模式持久化时,如果数据库某个过期键还没被删除,那么 AOF
文件会保留此过期键,当此过期键被删除后,Redis
会向 AOF
文件追加一条 DEL
命令来显式地删除该键值。
2. AOF 重写
执行 AOF
重写时,会对 Redi
s 中的键值对进行检查已过期的键不会被保存到重写后的 AOF
文件中,因此不会对 AOF
重写造成任何影响。
主从库的过期键
当 Redis
运行在主从模式下时,从库不会进行过期扫描,从库对过期的处理是被动的。也就是即使从库中的 key
过期了,如果有客户端访问从库时,依然可以得到 key
对应的值,像未过期的键值对一样返回。
从库的过期键处理依靠主服务器控制,主库在 key
到期时,会在 AOF
文件里增加一条 del
指令,同步到所有的从库,从库通过执行这条 del
指令来删除过期的 key
。
过期策略
在
Redis
中我们可以给一些元素设置过期时间,那当它过期之后Redis
是如何处理这些过期键呢?
过期键执行流程
Redis
之所以能知道那些键值过期,是因为在 Redis
中维护了一个字典,存储了所有设置了过期时间的键值,我们称之为过期字典。
过期键源码分析
过期键存储在 redisDb
结构中,源代码在 src/server.h
文件中(基于 Redis 5
):
typedef struct redisDb {
dict *dict;
dict *expires;
dict *blocking_keys;
dict *ready_keys;
dict *watched_keys;
int id;
long long avg_ttl;
list *defrag_later;
} redisDb;
过期键数据结构如下图所示:
过期策略
Redis
会删除已过期的键值,以此来减少 Redis
的空间占用,但因为 Redis
本身是单线的,如果因为删除操作而影响主业务的执行就得不偿失了,为此 Redis
需要制定多个(过期)删除策略来保证正常执行的性能。
定时删除
在设置键值过期时间时,创建一个定时事件,当过期时间到达时,由事件处理器自动执行键的删除操作。
优点:保证内存可以被尽快地释放。
缺点:在
Redis
高负载的情况下或有大量过期键需要同时处理时,会造成Redis
服务器卡顿,影响主业务执行。
惰性删除
不主动删除过期键,每次从数据库获取键值时判断是否过期,如果过期则删除键值,并返回 null。
优点:因为每次访问时,才会判断过期键,所以此策略只会使用很少的系统资源。
缺点:系统占用空间删除不及时,导致空间利用率降低,造成了一定的空间浪费。
源码解析
惰性删除的源码位于 src/db.c
文件的 expireIfNeeded
方法中,源码如下:
int expireIfNeeded(redisDb *db, robj *key) {
// 判断键是否过期
if (!keyIsExpired(db,key)) return 0;
if (server.masterhost != NULL) return 1;
// 增加过期键个数
server.stat_expiredkeys++;
// 传播键过期的消息
propagateExpire(db,key,server.lazyfree_lazy_expire);
notifyKeyspaceEvent(NOTIFY_EXPIRED,
"expired",key,db->id);
// server.lazyfree_lazy_expire 为 1 表示异步删除(懒空间释放),反之同步删除
return server.lazyfree_lazy_expire ? dbAsyncDelete(db,key) :
dbSyncDelete(db,key);
}
// 判断键是否过期
int keyIsExpired(redisDb *db, robj *key) {
mstime_t when = getExpire(db,key);
if (when < 0) return 0;
if (server.loading) return 0;
mstime_t now = server.lua_caller ? server.lua_time_start : mstime();
return now > when;
}
// 获取键的过期时间
long long getExpire(redisDb *db, robj *key) {
dictEntry *de;
if (dictSize(db->expires) == 0 ||
(de = dictFind(db->expires,key->ptr)) == NULL) return -1;
serverAssertWithInfo(NULL,key,dictFind(db->dict,key->ptr) != NULL);
return dictGetSignedIntegerVal(de);
}
所有对数据库的读写命令在执行之前,都会调用 expireIfNeeded
方法判断键值是否过期,过期则会从数据库中删除,反之则不做任何处理。
定期删除
每隔一段时间检查一次数据库,随机删除一些过期键。
Redis
默认每秒进行 10
次过期扫描,此配置可通过 Redis
的配置文件 redis.conf 进行配置,配置键为 hz
它的默认值是 hz 10
。
注意:Redis
每次扫描并不是遍历过期字典中的所有键,而是采用随机抽取判断并删除过期键的形式执行的。
定期删除流程
从过期字典中随机取出 20 个键。
删除这 20 个键中过期的键。
如果过期
key
的比例超过 25%,重复步骤 1。
同时为了保证过期扫描不会出现循环过度,导致线程卡死现象,算法还增加了扫描时间的上限,默认不会超过 25ms。
优点:通过限制删除操作的时长和频率,来减少删除操作对
Redis
主业务的影响,同时也能删除一部分过期的数据减少了过期键对空间的无效占用。缺点:内存清理方面没有定时删除效果好,同时没有惰性删除使用的系统资源少。
源码解析
定期删除的核心源码在 src/expire.c
文件下的 activeExpireCycle
方法中,源码如下:
void activeExpireCycle(int type) {
static unsigned int current_db = 0;
static int timelimit_exit = 0;
static long long last_fast_cycle = 0;
int j, iteration = 0;
int dbs_per_call = CRON_DBS_PER_CALL; // 每次定期删除,遍历的数据库的数量
long long start = ustime(), timelimit, elapsed;
if (clientsArePaused()) return;
if (type == ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_FAST) {
if (!timelimit_exit) return;
// ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_FAST_DURATION 是快速定期删除的执行时长
if (start < last_fast_cycle + ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_FAST_DURATION*2) return;
last_fast_cycle = start;
}
if (dbs_per_call > server.dbnum || timelimit_exit)
dbs_per_call = server.dbnum;
// 慢速定期删除的执行时长
timelimit = 1000000*ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_SLOW_TIME_PERC/server.hz/100;
timelimit_exit = 0;
if (timelimit <= 0) timelimit = 1;
if (type == ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_FAST)
timelimit = ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_FAST_DURATION;
long total_sampled = 0;
long total_expired = 0;
for (j = 0; j < dbs_per_call && timelimit_exit == 0; j++) {
int expired;
redisDb *db = server.db+(current_db % server.dbnum);
current_db++;
do {
// .......
expired = 0;
ttl_sum = 0;
ttl_samples = 0;
// 每个数据库中检查的键的数量
if (num > ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_LOOKUPS_PER_LOOP)
num = ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_LOOKUPS_PER_LOOP;
// 从数据库中随机选取 num 个键进行检查
while (num--) {
dictEntry *de;
long long ttl;
if ((de = dictGetRandomKey(db->expires)) == NULL) break;
ttl = dictGetSignedInteger
// 过期检查,并对过期键进行删除
if (activeExpireCycleTryExpire(db,de,now)) expired++;
if (ttl > 0) {
ttl_sum += ttl;
ttl_samples++;
}
total_sampled++;
}
total_expired += expired;
if (ttl_samples) {
long long avg_ttl = ttl_sum/ttl_samples;
if (db->avg_ttl == 0) db->avg_ttl = avg_ttl;
db->avg_ttl = (db->avg_ttl/50)*49 + (avg_ttl/50);
}
if ((iteration & 0xf) == 0) {
elapsed = ustime()-start;
if (elapsed > timelimit) {
timelimit_exit = 1;
server.stat_expired_time_cap_reached_count++;
break;
}
}
} while (expired > ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_LOOKUPS_PER_LOOP/4);
}
// .......
}
activeExpireCycle
方法在规定的时间,分多次遍历各个数据库,从过期字典中随机检查一部分过期键的过期时间,删除其中的过期键。
这个函数有两种执行模式,一个是快速模式一个是慢速模式,体现是代码中的 timelimit
变量,这个变量是用来约束此函数的运行时间的。快速模式下 timelimit
的值是固定的,等于预定义常量 ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_FAST_DURATION
,慢速模式下,这个变量的值是通过 1000000 * ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_SLOW_TIME_PERC/server.hz/100
计算的。
Redis 使用的过期策略
Redis
使用的是惰性删除加定期删除的过期策略。
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