如果一个键过期了,那么它什么时候会被删除呢?

*定时删除:在设置键的过期时间的同时,创建一个定时器(timer),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。

定时删除策略是对内存最友好的:通过使用定时器,定时删除策略可以保证过期键会尽可能快地被删除,并释放过期键所占用的内存。另一方面,定时删除策略的缺点是,它对CPU时间是最不友好的:在过期键比较多的情况下,删除过期键这一行为可能会占用相当一部分CPU时间,在内存不紧张但是CPU时间非常紧张的情况下,将CPU时间用在删除和当前任务无关的过期键上,无疑会对服务器的响应时间和吞吐量造成影响。

例如,如果正有大量的命令请求在等待服务器处理,并且服务器当前不缺少内存,那么服务器应该优先将CPU时间用在处理客户端的命令请求上面,而不是用在删除过期键上面。

除此之外,创建一个定时器需要用到Redis服务器中的时间事件,而当前时间事件的实现方式–无序链表,查找一个事件的时间复杂度为O(N) —- 并不能高效地处理大量时间事件。

因此,要让服务器创建大量的定时器,从而实现定时删除策略,在现阶段来说并不现实。

*惰性删除:放任键过期不管,但是每次从键空间中获取键时,都检查取得的键是否过期,如果过期的话,就删除该键;如果没有过期,就返回该键。

惰性删除策略对CPU时间来说是最友好的:程序只会在取出键时才对键进行过期检查,这可以保证删除过期键的操作只会在非做不可的情况下进行,并且删除的目标仅限于当前处理的键,这个策略不会在删除其他无关的过期键上花费任何CPU时间。

惰性删除策略的缺点是,它对内存是最不友好的:如果一个键已经过期,而这个键又仍然保留在数据库中,那么只要这个过期键不被删除,它所占的内存就不会释放。

在使用惰性删除策略时,如果数据库中有非常多的过期键,而这些过期键又恰好没有被访问到的话,那么它们也许永远也不会被删除(除非用户手动执行FLUSHDB),我们甚至可以将这种情况看作是一种内存泄露—-无用的垃圾数据占用了大量的内存,而服务器却不会自己去释放它们,这对于运行状态非常依赖于内存的Redis服务器来说,肯定不是一个好消息。

举个例子,对于一些和时间有关的数据,比如日志(log),在某个时间之后,对它们的访问就会大大减少,甚至不再访问,如果这类过期数据大量地积压在数据库中,用户以为服务器已经自动将它们删除了,但实际上这些键仍然存在,而且键所占用的内存也没有释放,那么造成的后果肯定是非常严重的。

*定期删除:每隔一段时间,程序就对数据库进行一次检查,删除里面的过期键。至于要删除多少过期键,以及要检查多少个数据库,则由算法决定。

定期删除策略是前两种策略的一种整合和折中:

1. 定期删除策略每隔一段时间执行一次删除过期键操作,并通过限制删除操作执行的时长和频率来减少删除操作对CPU时间的影响;

2. 除此之外,通过定期删除过期键,定期删除策略有效地减少了因为过期键而带来的内存浪费。

定期删除策略的难点是确定删除操作执行的时长和频率:

1. 如果删除操作执行的太频繁,或者执行的时间太长,定期删除策略就会退化成定时删除策略,以至于将CPU时间过多地消耗在删除过期键上面。

2. 如果删除操作执行得太少,或者执行的时间太短,定期删除策略又会和惰性删除策略一样,出现浪费内存的情况。

因此,如果采用定期删除策略的话,服务器必须根据情况,合理地设置删除操作的执行时长和执行频率。

Redis服务器实际使用的是惰性删除和定期删除两种策略:通过配合使用这两种删除策略,服务器可以很好地在合理使用CPU时间和避免浪费内存空间之间取得平衡。简单说明下:

过期键的惰性删除策略由db.c/expireIfNeeded函数实现,所有读写数据库的Redis命令在执行之前都会调用expireIfNeeded函数对输入键进行检查。过期键的定期删除策略由redis.c/activeExpireCycle函数实现,每当Redis的服务器周期性操作redis.c/serverCron函数执行时,activeExpireCycle函数就会被调用,它在规定的时间内,分多次遍历服务器中的各个数据库,从数据库的expires字典中随机检查一部分键的过期时间,并删除其中的过期键。

来自《Redis设计与实现》读书笔记。


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