redis系列之------過時策略

前言

咱們都知道redis是常駐在內存當中的，所以他的效率比MySQL要快不少不少。但又引起了另一個問題，內存從本質上講，它是昂貴的，不能用於大量的長時間的存儲，他是「不安全不穩定的「，而且有可能存在內存泄露，不能與磁盤相比。

那麼若是解決這種問題呢？所以咱們使用redis的時候，強制的應該給每一個Key加上過時時間。咱們來看看redis對過時的Key是怎麼處理的。

過時鍵的斷定

第一個問題，redis如何知道他是一個過時鍵呢？又該如何斷定他過時了呢？

在數據庫中， 全部鍵的過時時間都被保存在 redisDb 結構的 expires 字典裏：

1 typedef struct redisDb {
2 
3     // ...
4 
5     dict *expires;
6 
7     // ...
8 
9 } redisDb;

expires 字典的鍵是一個指向 dict 字典（鍵空間）裏某個鍵的指針， 而字典的值則是鍵所指向的數據庫鍵的到期時間， 這個值以 long long類型表示。

下圖展現了一個含有三個鍵的數據庫，其中 number 和 book 兩個鍵帶有過時時間

 

咱們能夠看到number和book是有一個過時時間的，他是long long類型。實則他是一個unix的時間戳，所以判斷他是否過時就十分的簡單了。

經過 expires 字典， 能夠用如下步驟檢查某個鍵是否過時：

1. 檢查鍵是否存在於 expires 字典：若是存在，那麼取出鍵的過時時間；
2. 檢查當前 UNIX 時間戳是否大於鍵的過時時間：若是是的話，那麼鍵已通過期；不然，鍵未過時。

能夠用僞代碼來描述這一過程：

 1 def is_expired(key):
 2 
 3     # 取出鍵的過時時間
 4     key_expire_time = expires.get(key)
 5 
 6     # 若是過時時間不爲空，而且當前時間戳大於過時時間，那麼鍵已通過期
 7     if expire_time is not None and current_timestamp() > key_expire_time:
 8         return True
 9 
10     # 不然，鍵未過時或沒有設置過時時間
11     return False

過時鍵的清除

當咱們知道這個鍵過時了，咱們該如何清除呢？基本上有如下三種策略：

• 定時刪除：在設置鍵的過時時間時，建立一個定時事件，當過時時間到達時，由事件處理器自動執行鍵的刪除操做。
• 惰性刪除：聽任鍵過時無論，可是在每次從 dict 字典中取出鍵值時，要檢查鍵是否過時，若是過時的話，就刪除它，並返回空；若是沒過時，就返回鍵值。
• 按期刪除：每隔一段時間，對 expires 字典進行檢查，刪除裏面的過時鍵。

定時刪除

定時刪除策略對內存是最友好的： 由於它保證過時鍵會在第一時間被刪除， 過時鍵所消耗的內存會當即被釋放。

這種策略的缺點是， 它對 CPU 時間是最不友好的： 由於刪除操做可能會佔用大量的 CPU 時間 —— 在內存不緊張、可是 CPU 時間很是緊張的時候 （好比說，進行交集計算或排序的時候）， 將 CPU 時間花在刪除那些和當前任務無關的過時鍵上， 這種作法毫無疑問會是低效的。

除此以外， 目前 Redis 事件處理器對時間事件的實現方式 —— 無序鏈表， 查找一個時間複雜度爲 O(N) —— 並不適合用來處理大量時間事件。

惰性刪除

惰性刪除對 CPU 時間來講是最友好的： 它只會在取出鍵時進行檢查， 這能夠保證刪除操做只會在非作不可的狀況下進行 —— 而且刪除的目標僅限於當前處理的鍵， 這個策略不會在刪除其餘無關的過時鍵上花費任何 CPU 時間。

惰性刪除的缺點是， 它對內存是最不友好的： 若是一個鍵已通過期， 而這個鍵又仍然保留在數據庫中， 那麼 dict 字典和 expires 字典都須要繼續保存這個鍵的信息， 只要這個過時鍵不被刪除， 它佔用的內存就不會被釋放。

在使用惰性刪除策略時， 若是數據庫中有很是多的過時鍵， 但這些過時鍵又正好沒有被訪問的話， 那麼它們就永遠也不會被刪除（除非用戶手動執行）， 這對於性能很是依賴於內存大小的 Redis 來講， 確定不是一個好消息。

舉個例子， 對於一些按時間點來更新的數據， 好比日誌（log）， 在某個時間點以後， 對它們的訪問就會大大減小， 若是大量的這些過時數據積壓在數據庫裏面， 用戶覺得它們已通過期了（已經被刪除了）， 但實際上這些鍵卻沒有真正的被刪除（內存也沒有被釋放）， 那結果確定是很是糟糕。

按期刪除

從上面對定時刪除和惰性刪除的討論來看， 這兩種刪除方式在單一使用時都有明顯的缺陷： 定時刪除佔用太多 CPU 時間， 惰性刪除浪費太多內存。

按期刪除是這兩種策略的一種折中：

• 它每隔一段時間執行一次刪除操做，並經過限制刪除操做執行的時長和頻率，籍此來減小刪除操做對 CPU 時間的影響。
• 另外一方面，經過按期刪除過時鍵，它有效地減小了因惰性刪除而帶來的內存浪費。

所以最終redis使用的過時鍵刪除策略是惰性刪除加上按期刪除， 這兩個策略相互配合，能夠很好地在合理利用 CPU 時間和節約內存空間之間取得平衡。

所以redis大體流程以下：獲取key以前，會檢查key是否過時，如過時，直接刪除，返回null。

而且會按期的隨機的檢查大約25%的key是否過時，若是超過必定比例的key被過時。那麼繼續循環，直至低於這個數值。

這個按期的時間，以及數值均可以在conf文件裏面配置。