Redis數據過期策略詳解

本文對Redis的過期機制簡單的講解一下（推薦：redis影片教學）

講解之前我們先拋出一個問題，我們知道很多時候伺服器常常會用到redis作為緩存，有很多資料都是臨時緩存一下，可能用過之後很久都不會再用到了（比如暫存session，又或者只存放日行情股票數據）那麼就會出現一下幾個問題了

Redis會自己回收清理不用的資料嗎？

如果能，那該如何配置？

如果不能，如何防止資料累加後大量佔用儲存空間的問題？

之前一直接觸Redis不是很深入，最近專案當中遇到一個需求場景，需要清空一些存放在Redis的數據，主要是透過一些時間進行過濾，刪除那些不滿足的數據，但是這樣的工作每天都需要進行，那工作量就比較大了，而且每天都需要按時去手動清理，這樣做也不切實際，後面發現Redis中有個設定時間過期的功能，即對儲存在Redis資料庫中的值可以設定一個過期時間。

作為一個快取資料庫，這是非常實用的。這就是我們這篇文章要講到的Redis過期機制。其實這個機制運用的場景十分廣泛，比如我們一般項目中的token或者一些登錄信息，尤其是短信驗證碼都是有時間限制的，或者是限制請求次數，如果按照傳統的數據庫處理方式，一般都是自己判斷過期，這樣無疑會嚴重影響專案性能。

一、設定過期時間

Redis對儲存值的過期處理實際上是針對該值的鍵（key）處理的，即時間的設定也是設定key的有效時間。 Expires字典保存了所有鍵的過期時間，Expires也被稱為過期欄位。

expire key time(以秒為單位)--這是最常用的方式

setex(String key, int seconds, String value)--字串獨有的方式

註：

1、除了字串自己獨有設定過期時間的方法外，其他方法都需要依賴expire方法來設定時間

2、如果沒有設定時間，那快取就是永不過期

3、如果設定了過期時間，之後又想讓快取永不過期，使用persist key

1、常用方式

一般主要包括4種處理過期方，其中expire都是以秒為單位，pexpire都是以毫秒為單位的。

EXPIRE key seconds　　//将key的生存时间设置为ttl秒
PEXPIRE key milliseconds　　//将key的生成时间设置为ttl毫秒
EXPIREAT key timestamp　　//将key的过期时间设置为timestamp所代表的的秒数的时间戳
PEXPIREAT key milliseconds-timestamp　　//将key的过期时间设置为timestamp所代表的的毫秒数的时间戳

備註：timestamp為unix時間戳記（例如：timestamp=1499788800 表示將在2017.07.12過期）

1、2兩種方式是設定一個過期的時間段，就是咱們處理驗證碼最常用的策略，設定三分鐘或五分鐘後失效，把分鐘數轉換成秒或毫秒儲存到Redis。

3、4兩種方式是指定一個過期的時間 ，例如優惠券的過期時間是某年某月某日，只是單位不一樣。

下面我們就以EXPIREAT為例子簡單講解下用法。

傳回值

一個整數值1或0，如下：

如果成功地為該鍵設定了逾時時間，則傳回1

#如果鍵不存在或無法設定逾時時間，傳回0

語法

以下是以Redis的EXPIREAT指令的基本語法。

redis 127.0.0.1:6379> Expireat KEY_NAME TIME_IN_UNIX_TIMESTAMP

範例

首先，在Redis中建立一個鍵：akey，並在akey中設定一些值。

redis 127.0.0.1:6379> SET akey redis 
OK

現在，為設定建立的鍵設定逾時時間為60 秒。

127.0.0.1:6379> SET akey redis
OK
127.0.0.1:6379> EXPIREAT akey 1393840000
(integer) 1
127.0.0.1:6379> EXISTS akey
(integer) 0
127.0.0.1:6379> SET akey redis
OK
127.0.0.1:6379> EXPIREAT akey 1493840000
(integer) 1
127.0.0.1:6379> EXISTS akey
(integer) 1

其他三個用法類似，這裡不逐一闡述

#2、字串獨有方式

對字串特殊處理的方式為SETEX指令，SETEX指令為指定的key 設定值及其過期時間。如果 key 已經存在， SETEX 指令將會取代舊的值。

傳回值

設定成功時傳回 OK 。

語法

Redis Setex 指令基本語法如下：

redis 127.0.0.1:6379> SETEX KEY_NAME TIMEOUT VALUE

範例

redis 127.0.0.1:6379> SETEX mykey 60 redis
OK
redis 127.0.0.1:6379> TTL mykey
60
redis 127.0.0.1:6379> GET mykey
"redis

二、3種過期策略

#定時刪除

意義：在設定key的過期時間的同時，為該key建立一個定時器，讓定時器在key的過期時間來臨時，對key進行刪除

優點：確保記憶體盡快釋放

缺點：

若過期key很多，刪除這些key會佔用很多的CPU時間，在CPU時間緊張的情況下，CPU不能把所有的時間用來做要緊的事兒，還需要去花時間刪除這些key

定時器的創建耗時，若為每一個設定過期時間的key創建一個定時器（將會有大量的計時器產生），效能影響嚴重

沒人用

惰性刪除

意思：key過期的時候不刪除，每次從資料庫取得key的時候去檢查是否過期，若過期，則刪除，回傳null。

优点：删除操作只发生在从数据库取出key的时候发生，而且只删除当前key，所以对CPU时间的占用是比较少的，而且此时的删除是已经到了非做不可的地步（如果此时还不删除的话，我们就会获取到了已经过期的key了）

缺点：若大量的key在超出超时时间后，很久一段时间内，都没有被获取过，那么可能发生内存泄露（无用的垃圾占用了大量的内存）

定期删除

含义：每隔一段时间执行一次删除(在redis.conf配置文件设置hz，1s刷新的频率)过期key操作

优点：

通过限制删除操作的时长和频率，来减少删除操作对CPU时间的占用--处理"定时删除"的缺点

定期删除过期key--处理"惰性删除"的缺点

缺点

在内存友好方面，不如"定时删除"

在CPU时间友好方面，不如"惰性删除"

难点

合理设置删除操作的执行时长（每次删除执行多长时间）和执行频率（每隔多长时间做一次删除）（这个要根据服务器运行情况来定了）

看完上面三种策略后可以得出以下结论： 

定时删除和定期删除为主动删除：Redis会定期主动淘汰一批已过去的key

惰性删除为被动删除：用到的时候才会去检验key是不是已过期，过期就删除

惰性删除为redis服务器内置策略

定期删除可以通过：

第一、配置redis.conf 的hz选项，默认为10 （即1秒执行10次，100ms一次，值越大说明刷新频率越快，最Redis性能损耗也越大） 

第二、配置redis.conf的maxmemory最大值，当已用内存超过maxmemory限定时，就会触发主动清理策略

 注意：

上边所说的数据库指的是内存数据库，默认情况下每一台redis服务器有16个数据库（关于数据库的设置，看下边代码），默认使用0号数据库，所有的操作都是对0号数据库的操作，关于redis数据库的存储结构，查看 第八章 Redis数据库结构与读写原理

# 设置数据库数量。默认为16个库，默认使用DB 0，可以使用"select 1"来选择一号数据库
# 注意：由于默认使用0号数据库，那么我们所做的所有的缓存操作都存在0号数据库上，
# 当你在1号数据库上去查找的时候，就查不到之前set过得缓存
# 若想将0号数据库上的缓存移动到1号数据库，可以使用"move key 1"
databases 16

memcached只是用了惰性删除，而Redis同时使用了惰性删除与定期删除，这也是二者的一个不同点（可以看做是redis优于memcached的一点）

对于惰性删除而言，并不是只有获取key的时候才会检查key是否过期，在某些设置key的方法上也会检查（eg.setnx key2 value2：该方法类似于memcached的add方法，如果设置的key2已经存在，那么该方法返回false，什么都不做；如果设置的key2不存在，那么该方法设置缓存key2-value2。

假设调用此方法的时候，发现redis中已经存在了key2，但是该key2已经过期了，如果此时不执行删除操作的话，setnx方法将会直接返回false，也就是说此时并没有重新设置key2-value2成功，所以对于一定要在setnx执行之前，对key2进行过期检查）

三、Redis采用的过期策略

惰性删除+定期删除

惰性删除流程

在进行get或setnx等操作时，先检查key是否过期，

若过期，删除key，然后执行相应操作；

若没过期，直接执行相应操作

定期删除流程（简单而言，对指定个数个库的每一个库随机删除小于等于指定个数个过期key）

遍历每个数据库（就是redis.conf中配置的"database"数量，默认为16）

检查当前库中的指定个数个key（默认是每个库检查20个key，注意相当于该循环执行20次，循环体时下边的描述）

如果当前库中没有一个key设置了过期时间，直接执行下一个库的遍历

随机获取一个设置了过期时间的key，检查该key是否过期，如果过期，删除key

判断定期删除操作是否已经达到指定时长，若已经达到，直接退出定期删除。

四、RDB对过期key的处理

过期key对RDB没有任何影响

从内存数据库持久化数据到RDB文件

持久化key之前，会检查是否过期，过期的key不进入RDB文件

从RDB文件恢复数据到内存数据库

数据载入数据库之前，会对key先进行过期检查，如果过期，不导入数据库（主库情况）

五、AOF对过期key的处理

过期key对AOF没有任何影响

从内存数据库持久化数据到AOF文件：

当key过期后，还没有被删除，此时进行执行持久化操作（该key是不会进入aof文件的，因为没有发生修改命令）

当key过期后，在发生删除操作时，程序会向aof文件追加一条del命令（在将来的以aof文件恢复数据的时候该过期的键就会被删掉）

AOF重写

重寫時，會先判斷key是否過期，已過期的key不會重寫到aof檔案 

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以上是Redis數據過期策略詳解的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！