Redis过期键删除策略

Redis 采用了 两种策略相结合 的方法来删除过期键，以达到在合理使用 CPU 时间和避免浪费内存空间之间取得平衡。

这两种策略是：惰性删除 和 定期删除。

此外，当内存不足时，Redis 还会采用 主动删除（逐出） 策略。

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惰性删除

这是默认的、在访问键时进行的删除策略。

• 核心思想：只有在访问一个键时，才会顺带检查它是否过期。如果过期，则立即删除。
• 工作原理：
  1. 当你执行 GET、HGET、LRANGE 等任何读写操作访问某个键时。
  2. Redis 会首先检查这个键是否设置了过期时间。
  3. 如果设置了，再检查当前时间是否大于该键的过期时间。
  4. 如果已过期，则立即删除这个键，并返回 nil（或空值），就像这个键不存在一样。如果未过期，则正常返回键值。
• 优点：
  • 对 CPU 友好：删除操作只会在访问键时发生，不会消耗额外的 CPU 时间去扫描大量可能永远不会被访问的过期键。
• 缺点：
  • 对内存不友好：如果一个键已经过期，但之后再也没有被访问，那么它将一直占用着内存空间，成为僵尸键。这可以看作是一种内存泄漏。

为了解决惰性删除的缺点，Redis 还需要另一种策略来配合。

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定期删除

这是一种主动的、周期性的删除策略，用于补充惰性删除的不足。

• 核心思想：Redis 会定期地随机抽取一部分设置了过期时间的键，检查它们是否过期，并删除其中的过期键。
• 工作原理：
  1. 定时任务：Redis 将一个定时任务 (serverCron) 设置为每秒钟运行 10 次（默认配置，可通过 hz 调整）。
  2. 抽取样本：每次任务运行时，会从设置了过期时间的键的字典中，随机抽取 一定数量的键（默认是 20 个）。
  3. 检查并删除：对这 20 个键逐一检查其过期时间，删除所有已过期的键。
  4. 循环与限制：如果本轮抽出的 20 个键中，过期键的比例超过 25%，则立即再抽取 20 个键，并重复删除过程。这个过程会一直持续，直到过期键的比例低于 25% 或者本次任务的总耗时达到一个预设的时间上限（默认 25 毫秒）为止，以防止无限循环阻塞主线程。
• 优点：
  • 通过限制执行时长和频率，减少了对 CPU 时间的影响。
  • 有效地清理了那些永不访问的过期键，释放了内存，弥补了惰性删除的不足。
• 缺点：
  • 难以确定删除操作的时长和频率。如果太频繁或执行时间太长，会浪费 CPU；如果太少或太短，又会和惰性删除一样，导致内存浪费。

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内存不足时的主动删除（逐出策略）

上述两种策略是在正常情况下工作的。当内存使用达到 maxmemory 限制时，Redis 会触发内存逐出机制。这个机制会根据配置的 maxmemory-policy 来删除键，以释放空间给新的命令使用。

这些策略也会考虑键的过期情况，例如：

• volatile-lru：从设置了过期时间的键中，淘汰最近最少使用的。
• volatile-lfu：从设置了过期时间的键中，淘汰最不经常使用的键
• volatile-ttl：从设置了过期时间的键中，淘汰存活时间最短的（即 TTL 最小的）。
• volatile-random：从设置了过期时间的键中，随机淘汰。
• allkeys-lru：从所有键中，淘汰最近最少使用的。
• allkeys-lfu：从所有键中，淘汰最不经常使用的键。
• allkeys-random：从所有键中，随机淘汰。
• noeviction：不删除任何键，拒绝所有可能导致内存增加的写入命令（默认策略）。

可以看到，volatile-* 开头的策略会主动去检查并删除那些设置了过期时间的键（即使它们还没被定期删除任务清理掉），这可以看作是内存压力下的一种更积极的过期键删除行为。

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总结

策略	触发时机	优点	缺点	角色
惰性删除	每次访问键时	对 CPU 友好，不浪费计算资源	对内存不友好，可能导致过期键长期存在	被动清理，第一道防线
定期删除	由 Redis 的定时任务周期性触发	弥补惰性删除不足，减少内存浪费	频率和时长需要权衡，否则影响 CPU	主动清理，第二道防线
主动删除	内存使用达到 maxmemory 时	保证系统在限定的内存下运行	可能会删除重要的键	紧急清理，最后一道防线

Redis 过期键删除的整体流程可以概括为：

1. 防堆积：依靠定期删除，周期性、有限度地清理过期键，防止大量过期键堆积。
2. 保即时：当访问到某个键时，惰性删除确保它能被立刻清理，保证数据一致性。
3. 保生存：当内存不足时，主动删除（逐出） 策略强制清理键（优先清理过期键），保证 Redis 服务不会因内存耗尽而崩溃。

这三种机制相互配合，使得 Redis 能够高效地管理过期键。