来自 美高梅4858官方网站 2020-01-04 21:59 的文章
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大家都应该知道的Redis过期键与过期策略

今天,我和大家分享一篇关于 Redis 有关过期键的内容,主要有四个内容:

1. 服务器中数据库结构

Redis 服务器将所有数据库都保存在服务器状态 redisServer 结构的 db 数组中,由 redisDb 结构代表一个数据库

    struct redisServer {
        // ...
        // 一个数组,保存着服务器中的所有数据库
        redisDb *db;
    }

Redis 服务器默认会创建16个数据库,默认情况下,Redis客户端的目标数据库是0号数据库。

如何设置过期键 如何取消设置的过期时间 过期键的过期策略是怎样的 RDB、AOF 和复制对过期键的处理又是怎样的

2. 切换数据库

SELECT 命令用来切换数据库

    redis> SELECT 2
    OK
    redis[2]>            //切换到了2号数据库

注意:
在执行Redis命令,特别是像FLUSHDB这样的危险命令之前,最好先执行一个SELECT命令,显示的切换到指定的数据库,然后在执行别的命名。

设置键的生存时间或过期时间

3. 数据库键空间

Redis是一个键值对数据库服务器,服务器中的每个数据库都由一个redisDb结构表示。其中,redisDb结构的dict字典保存了数据库中所有键值对,我们将这个字典称为键空间。

    typedef struct redisDb {
        // ...
        // 数据库键空间,保存着数据库中所有的键值对
        dict *dict;
    } redisDb;
  • 键空间的键也就是数据库的键,每个键都是一个字符串对象
  • 键空间的值也就是数据库的值,每个值可以是字符串对象、列表对象、哈希表对象、集合对象和有序集合对象中的任意一种Redis对象。

redis 一共有 4 个命令来设置键的生存时间或过期时间

4. 键过期

expire key ttl:将 key 的生存时间设置为 ttl 秒 pexpire key ttl:将 key 的生存时间设置为 ttl 毫秒 expireat key timestamp:将 key 的过期时间设置为 timestamp 所指定的秒数时间戳 pexpireat key ttl:将 key 的过期时间设置为 timestamp 所指定的毫秒数时间戳

4.0 保存过期时间

reidsDb结构的expires字典保存了数据库中所有键的过期时间,我们称这个字典为过期字典:

  • 过期字典的键是一个指针,这个指针指向键空间中的某个键对象(也即某个数据库键,不用再次创建相同的键对象,节省内存)
  • 过期字典的值是一个 long 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。
    typedef struct redisDb {
        // ...
        // 过期字典,保存着键的过期时间
        dict *expires;
        // ...
    } redisDb; 

上述四种命令本质上都是通过 pexpireat 命令来实现的。

4.1 设置键过期命令

Redis有四个不同的命令用于设置键的生存时间或者过期时间

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

EXPIRE、PEXPIRE、EXPIREAT 三个命令都是调用PEXPIREAT命令来实现的。

例子:127.0.0.1:6379 set a testOK127.0.0.1:6379 EXPIRE a 5(integer) 1127.0.0.1:6379 get a // 距离设置生存时间命令的 5 秒内执行"test"127.0.0.1:6379 get a // 距离设置生存时间命令的 5 秒后执行(nil)127.0.0.1:6379 set b 12OK127.0.0.1:6379 EXPIREAT b 1545569500(integer) 1127.0.0.1:6379 time1) "1545569486"2) "108616"127.0.0.1:6379 get b // 距离设置 1545569500 所指定的秒数时间戳内执行"12"127.0.0.1:6379 time1) "1545569506"2) "208567"127.0.0.1:6379 get b // 距离设置 1545569500 所指定的秒数时间戳后执行(nil)

4.2 移除键过期命令

  • PERSIST <key>命令用于移除键key的过期时间
    redis>EXPIRE msg 1000   // 设置键msg1000秒后过期
    1
    redis>TTL msg
    996
    redis>PERSIST msg 
    1
    redis>TTL msg
    -1      // 返回值为-1,说明msg没有设定过期时间

如果自己不小心设置错了过期时间,那么我们可以删除先前的过期时间

4.3 计算并返回剩余生存时间

  • TTL命令以秒为单位返回键的剩余生存时间
  • PTTL命令以毫秒为单位返回键的剩余生存时间

移除过期时间

4.4 过期键的删除策略

persist key 命令可以移除一个键的过期时间,举个栗子:

4.4.1三种不同的删除策略:

  • 定时删除:在设置键过期时间的同时创建一个定时器,让定时器在键的过期时间来临时,立即执行键的删除操作
  • 惰性删除:获取键时,执行删除操作
  • 定期删除:每隔一段时间,程序就对数据库进行一次检查,删除里边的过期键
127.0.0.1:6379 EXPIRE c 1000(integer) 1127.0.0.1:6379 ttl c // 有过期时间(integer) 9996127.0.0.1:6379 PERSIST c(integer) 1127.0.0.1:6379 ttl c // 无过期时间(integer) -1PS:ttl 是以秒为单位,返回键的剩余生存时间;同理还有 pttl 命令是以毫秒为单位,返回键的剩余生存时间

4.4.2 三种删除策略比较

  • 定时删除:对内存友好,通过定时器保证过期键尽快删除并释放内存;对CPU不友好,当过期键比较多时,占用大量CPU时间,影响redis服务器的响应时间和吞吐量
  • 惰性删除:对CPU友好,程序只会在取出键时才会进行过期检查;对内存不友好,如果有大量过期键且这些过期键有不会用到的话,内存永远得不到释放,造成内存浪费,可以看做一种内存泄漏。
  • 定期删除:是定时删除和惰性删除的一种折中,不过必须根据实际情况,合理设置删除操作的执行时长和执行频率

此时,如果我们没有移除过期时间,那么如果一个键过期了,那它什么时候会被删除呢?

4.4.3 Redis选用的删除策略

Redis服务器使用惰性删除和定期删除两种策略相结合的方式,通过这种方式来合理使用CPU和避免浪费内存。

这个问题就会有以下三种答案了,它们分别代表三种不同的删除策略

4.5 AOF、RDB和复制功能对过期键的处理

过期键的删除策略

4.5.1 生成RDB文件

在执行SAVE或者BGSAVE命令生成一个新的RDB文件时,程序会对数据库中的键进行检查,已过期的键不会被保存到新创建的RDB文件中,所以数据库中的过期键不会对新的RDB文件造成影响。

定时删除

4.5.2 载入RDB文件

  • 如果服务器以主服务器模式运行,那么载入RDB文件时,会对文件中保存的键进行检查,未过期的键不会被载入到数据库中
  • 如果服务器以从服务器模式运行,那么载入RDB文件时,不论键过期与否,全部载入到数据库中

在设置键的过期时间的同时,创建一个定时器,让定时器在键的过期时间来临时,立即执行对键的删除操作。

4.5.3 AOF文件写入

当服务器以AOF持久化模式运行时,如果数据库中的某个键已经过期,但还没有被删除,那么AOF文件写入不会因为这个键过期受到影响。
当键被惰性删除或者定期删除后,程序会向AOF文件追加一条 DEL 命令,来显式地记录该键已经被删除。

优点:对内存最友好的。可以及时释放键所占用的内存。

4.5.4 AOF 重写

在执行 AOF 重写时,已过期的键不会被保存到重写后的AOF文件中

缺点:对 CPU 不友好。特别在过期键比较多的情况下,删除过期键会占用相当一部分 CPU 时间。同时在内存不紧张,CPU 紧张的情况下,将 CPU 用在删除和当前任务不想关的过期键上,无疑会对服务器响应时间和吞吐量造成影响。

4.5.5 复制

当服务器运行在复制模式下,从服务器的过期键删除动作由主服务器控制:

  • 主服务器在删除一个键后,会显式的向所有从服务器发送一个 DEL 命令,告知从服务器删除这个过期键
  • 从服务器在执行客户端发送的读命令时,即使碰到过期键也不会将过期键删除,而是继续像处理未过期的键一样来处理过期键
  • 从服务器接收到主服务器发送来的DEL命令后,才会删除过期键

惰性删除

放任键过期不管,但是每次从键空间中读写键时,都会检查取得的键是否过期。如果过期就删除该删,否则就返回该键。

优点:对 CPU 最友好。只有在操作的时候进行过期检查,删除的目标仅限于当前需要处理的键,不会在删除其他无关本次操作的过期键上花费任何 CPU 时间。

缺点:对内存不友好。这个十分容易理解了,键过期了,但因为一直没有被访问到,所以一直保留着,相当于内存泄漏。

定期删除

每隔一段时间,程序就对数据库进行检查,删除里面的过期键。至于要删除多少过期键,以及检查多少数据库,则有算法决定。

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