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來自：juejin.im/post/5e93ce3be51d45470d528262

劃重點(diǎn)：Redis的過期鍵刪除策略也是面試中經(jīng)常會(huì)被問的，我最近面試，被問到了好幾次。

對(duì)于Redis服務(wù)器來說，內(nèi)存資源非常寶貴，如果一些過期鍵一直不被刪除，就會(huì)造成資源浪費(fèi)，因此我們需要考慮一個(gè)問題：如果一個(gè)鍵過期了，它什么時(shí)候會(huì)被刪除呢？

1. 常見的刪除策略

常見的刪除策略有以下3種：

定時(shí)刪除

在設(shè)置鍵的過期時(shí)間的同時(shí)，創(chuàng)建一個(gè)定時(shí)器，讓定時(shí)器在鍵的過期時(shí)間來臨時(shí)，立即執(zhí)行對(duì)鍵的刪除操作。

惰性刪除

放任過期鍵不管，每次從鍵空間中獲取鍵時(shí)，檢查該鍵是否過期，如果過期，就刪除該鍵，如果沒有過期，就返回該鍵。

定期刪除

每隔一段時(shí)間，程序?qū)?shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行一次檢查，刪除里面的過期鍵，至于要?jiǎng)h除哪些數(shù)據(jù)庫(kù)的哪些過期鍵，則由算法決定。

其中定時(shí)刪除和定期刪除為主動(dòng)刪除策略，惰性刪除為被動(dòng)刪除策略。

接下來我們一一講解。

1.1 定時(shí)刪除策略

定時(shí)刪除策略通過使用定時(shí)器，定時(shí)刪除策略可以保證過期鍵盡可能快地被刪除，并釋放過期鍵占用的內(nèi)存。

因此，定時(shí)刪除策略的優(yōu)缺點(diǎn)如下所示：

優(yōu)點(diǎn)：對(duì)內(nèi)存非常友好
缺點(diǎn)：對(duì)CPU時(shí)間非常不友好

舉個(gè)例子，如果有大量的命令請(qǐng)求等待服務(wù)器處理，并且服務(wù)器當(dāng)前不缺少內(nèi)存，如果服務(wù)器將大量的CPU時(shí)間用來刪除過期鍵，那么服務(wù)器的響應(yīng)時(shí)間和吞吐量就會(huì)受到影響。

也就是說，如果服務(wù)器創(chuàng)建大量的定時(shí)器，服務(wù)器處理命令請(qǐng)求的性能就會(huì)降低，因此Redis目前并沒有使用定時(shí)刪除策略。

1.2 惰性刪除策略

惰性刪除策略只會(huì)在獲取鍵時(shí)才對(duì)鍵進(jìn)行過期檢查，不會(huì)在刪除其它無(wú)關(guān)的過期鍵花費(fèi)過多的CPU時(shí)間。

因此，惰性刪除策略的優(yōu)缺點(diǎn)如下所示：

優(yōu)點(diǎn)：對(duì)CPU時(shí)間非常友好
缺點(diǎn)：對(duì)內(nèi)存非常不友好

舉個(gè)例子，如果數(shù)據(jù)庫(kù)有很多的過期鍵，而這些過期鍵又恰好一直沒有被訪問到，那這些過期鍵就會(huì)一直占用著寶貴的內(nèi)存資源，造成資源浪費(fèi)。

1.3 定期刪除策略

定期刪除策略是定時(shí)刪除策略和惰性刪除策略的一種整合折中方案。

定期刪除策略每隔一段時(shí)間執(zhí)行一次刪除過期鍵操作，并通過限制刪除操作執(zhí)行的時(shí)長(zhǎng)和頻率來減少刪除操作對(duì)CPU時(shí)間的影響，同時(shí)，通過定期刪除過期鍵，也有效地減少了因?yàn)檫^期鍵而帶來的內(nèi)存浪費(fèi)。

2. Redis使用的過期鍵刪除策略

Redis服務(wù)器使用的是惰性刪除策略和定期刪除策略。

2.1 惰性刪除策略的實(shí)現(xiàn)

過期鍵的惰性刪除策略由expireIfNeeded函數(shù)實(shí)現(xiàn)，所有讀寫數(shù)據(jù)庫(kù)的Redis命令在執(zhí)行之前都會(huì)調(diào)用expireIfNeeded函數(shù)對(duì)輸入鍵進(jìn)行檢查：

如果輸入鍵已經(jīng)過期，那么將輸入鍵從數(shù)據(jù)庫(kù)中刪除
如果輸入鍵未過期，那么不做任何處理

以上描述可以使用如下流程圖表示：

2.2 定期刪除策略的實(shí)現(xiàn)

過期鍵的定期刪除策略由activeExpireCycle函數(shù)實(shí)現(xiàn)，每當(dāng)Redis服務(wù)器的周期性操作serverCron函數(shù)執(zhí)行時(shí)，activeExpireCycle函數(shù)就會(huì)被調(diào)用，它在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，分多次遍歷服務(wù)器中的各個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，從數(shù)據(jù)庫(kù)的expires字典中隨機(jī)檢查一部分鍵的過期時(shí)間，并刪除其中的過期鍵。

activeExpireCycle函數(shù)的大體流程為：

函數(shù)每次運(yùn)行時(shí)，都從一定數(shù)量的數(shù)據(jù)庫(kù)中隨機(jī)取出一定數(shù)量的鍵進(jìn)行檢查，并刪除其中的過期鍵，比如先從0號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)開始檢查，下次函數(shù)運(yùn)行時(shí)，可能就是從1號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)開始檢查，直到15號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)檢查完畢，又重新從0號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)開始檢查，這樣可以保證每個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)都被檢查到。

劃重點(diǎn)：

關(guān)于定期刪除的大體流程，最近面試時(shí)有被問道，我就是按上述描述回答的。

可能有的面試官還會(huì)問，每次隨機(jī)刪除哪些key呢？可以提下LRU算法（Least Recently Used 最近最少使用），一般不會(huì)再細(xì)問，不過有興趣的同學(xué)可以深入研究下。更多面試題，歡迎關(guān)注公眾號(hào) Java面試題精選

3. RDB對(duì)過期鍵的處理

3.1 生成RDB文件

在執(zhí)行SAVE命令或者BGSAVE命令創(chuàng)建一個(gè)新的RDB文件時(shí)，程序會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的鍵進(jìn)行檢查，已過期的鍵不會(huì)被保存到新創(chuàng)建的RDB文件中。

舉個(gè)例子，如果數(shù)據(jù)庫(kù)中包含3個(gè)鍵k1、k2、k3，并且k2已經(jīng)過期，那么創(chuàng)建新的RDB文件時(shí)，程序只會(huì)將k1和k3保存到RDB文件中，k2則會(huì)被忽略。

3.2 載入RDB文件

在啟動(dòng)Redis服務(wù)器時(shí)，如果服務(wù)器只開啟了RDB持久化，那么服務(wù)器將會(huì)載入RDB文件：

如果服務(wù)器以主服務(wù)器模式運(yùn)行，在載入RDB文件時(shí)，程序會(huì)對(duì)文件中保存的鍵進(jìn)行檢查，未過期的鍵會(huì)被載入到數(shù)據(jù)庫(kù)中，過期鍵會(huì)被忽略。
如果服務(wù)器以從服務(wù)器模式運(yùn)行，在載入RDB文件時(shí)，文件中保存的所有鍵，不論是否過期，都會(huì)被載入到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

因?yàn)橹鲝姆?wù)器在進(jìn)行數(shù)據(jù)同步（完整重同步）的時(shí)候，從服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)被清空，所以一般情況下，過期鍵對(duì)載入RDB文件的從服務(wù)器不會(huì)造成影響。更多面試題，歡迎關(guān)注公眾號(hào) Java面試題精選

4. AOF對(duì)過期鍵的處理

4.1 AOF文件寫入

如果數(shù)據(jù)庫(kù)中的某個(gè)鍵已經(jīng)過期，并且服務(wù)器開啟了AOF持久化功能，當(dāng)過期鍵被惰性刪除或者定期刪除后，程序會(huì)向AOF文件追加一條DEL命令，顯式記錄該鍵已被刪除。

舉個(gè)例子，如果客戶端執(zhí)行命令GET message訪問已經(jīng)過期的message鍵，那么服務(wù)器將執(zhí)行以下3個(gè)動(dòng)作：

從數(shù)據(jù)庫(kù)中刪除message鍵
追加一條DEL message命令到AOF文件
-向執(zhí)行GET message命令的客戶端返回空回復(fù)

4.2 AOF文件重寫

在執(zhí)行AOF文件重寫時(shí)，程序會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的鍵進(jìn)行檢查，已過期的鍵不會(huì)被保存到重寫后的AOF文件中。

5. 復(fù)制功能對(duì)過期鍵的處理

在主從復(fù)制模式下，從服務(wù)器的過期鍵刪除動(dòng)作由主服務(wù)器控制：

主服務(wù)器在刪除一個(gè)過期鍵后，會(huì)顯式地向所有從服務(wù)器發(fā)送一個(gè)DEL命令，告知從服務(wù)器刪除這個(gè)過期鍵。
從服務(wù)器在執(zhí)行客戶端發(fā)送的讀命令時(shí)，即使發(fā)現(xiàn)該鍵已過期也不會(huì)刪除該鍵，照常返回該鍵的值。
從服務(wù)器只有接收到主服務(wù)器發(fā)送的DEL命令后，才會(huì)刪除過期鍵。

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