Redis 过期与淘汰机制全解析

概述

Redis 作为一种高性能的内存数据库，提供了数据过期和淘汰策略以管理存储的数据。本文将详细探讨 Redis 中数据失效的基本原理、实现方式，并结合源码进行分析，帮助读者更深入地理解和优化 Redis 的使用。

数据过期机制

过期键的存储方式

Redis 中每个数据库都有一个 expires 字典，用于保存设置了过期时间的键及其对应的过期时间戳。这个字典的作用类似于索引，通过它能够快速判断某个键是否已过期。

typedef struct redisDb {dict *dict;                 // 存储键值对dict *expires;             // 存储键的过期时间// 其他成员...
} redisDb;

定时删除 vs 惰性删除 vs 定期删除

定时删除（Active Expiration / Timer-based Deletion）

定时删除是一种“主动式”删除机制。当用户为一个键设置过期时间时，Redis 会记录该键的过期时间戳，并注册一个定时器，在指定时间到达后自动触发删除操作。虽然这种方法能及时释放内存资源，但可能会导致 CPU 使用率飙升。

// 设置键的过期时间
void setExpire(client *c, robj *key, long long when) {dictEntry *de;de = dictFind(c->db->dict,key->ptr);serverAssertWithInfo(c,key,de != NULL);dictSetVal(c->db->expires,dictAddRaw(c->db->expires,key->ptr,&de),when);
}

惰性删除（Lazy Expiration / On-access Deletion）

惰性删除是一种“被动式”机制。只有在访问某个键时才会检查其是否已经过期，如果已过期则立即删除。这种方式可以显著降低 CPU 的消耗，但代价是部分过期键会长时间保留在内存中。

int expireIfNeeded(redisDb *db, robj *key) {if (!keyIsInHashtable(db->expires, key)) return 0;mstime_t when = getExpire(db, key);mstime_t now = mstime();if (now > when) {deleteExpiredKey(db, key);return 1;}return 0;
}

定期删除（Periodic Expiration）

定期删除是 Redis 主动清理过期键的主要方式之一。Redis 在后台每隔一段时间扫描部分设置了过期时间的键，随机选取一部分进行过期检测，并删除其中已经过期的键。

void activeExpireCycle(int type) {static unsigned int current_db = 0;unsigned int j, iteration = 0;unsigned int dbs_per_call = CRON_DBS_PER_CALL;int start = ustime(), timelimit, noexpire = 0;if (dbs_per_call > server.dbnum) dbs_per_call = server.dbnum;timelimit = 1000000 * ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_SLOW_TIME_PERC / 100;timelimit -= (ustime() - start);for (j = 0; j < dbs_per_call && timelimit > 0 && !noexpire; j++) {redisDb *db = server.db + (current_db % server.dbnum);current_db++;int num = dictSize(db->expires);int slots = ceil(num / 16.0);  // 随机选择 slot 数量while (slots--) {dictEntry *de;long long ttl;if ((de = dictGetRandomKey(db->expires)) == NULL) break;robj *key = dictGetKey(de);ttl = dictGetSignedIntegerVal(de) - mstime();if (ttl < 0) {dbDelete(db, key);}}if ((iteration++ % 10) == 0) {long long elapsed = ustime() - start;if (elapsed >= timelimit) break;}}
}