Redis详解(十一)—— 过期删除策略和内存淘汰策略

服务器

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2020-6-15

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  在介绍这篇文章之前,我们先来看如下几个问题:

  ①、如何设置Redis键的过期时间?

  ②、设置完一个键的过期时间后,到了这个时间,这个键还能获取到么?假如获取不到那这个键还占据着内存吗?

  ③、如何设置Redis的内存大小?当内存满了之后,Redis有哪些内存淘汰策略?我们又该如何选择?

  如果上面的几个问题你都懂,那么下面的内容你就不用看了;如果你不是很懂,那就带着这些问题往下看。

1、设置Redis键过期时间

  Redis提供了四个命令来设置过期时间(生存时间)。

  ①、EXPIRE <key> <ttl> :表示将键 key 的生存时间设置为 ttl 秒。

  ②、PEXPIRE <key> <ttl> :表示将键 key 的生存时间设置为 ttl 毫秒。

  ③、EXPIREAT <key> <timestamp> :表示将键 key 的生存时间设置为 timestamp 所指定的秒数时间戳。

  ④、PEXPIREAT <key> <timestamp> :表示将键 key 的生存时间设置为 timestamp 所指定的毫秒数时间戳。

  PS:在Redis内部实现中,前面三个设置过期时间的命令最后都会转换成最后一个PEXPIREAT 命令来完成。

  另外补充两个知识点:

  一、移除键的过期时间

  PERSIST <key> :表示将key的过期时间移除。

  二、返回键的剩余生存时间

  TTL <key> :以秒的单位返回键 key 的剩余生存时间。

  PTTL <key> :以毫秒的单位返回键 key 的剩余生存时间。

2、Redis过期时间的判定

  在Redis内部,每当我们设置一个键的过期时间时,Redis就会将该键带上过期时间存放到一个过期字典中。当我们查询一个键时,Redis便首先检查该键是否存在过期字典中,如果存在,那就获取其过期时间。然后将过期时间和当前系统时间进行比对,比系统时间大,那就没有过期;反之判定该键过期。

3、过期删除策略

  通常删除某个key,我们有如下三种方式进行处理。

①、定时删除

  在设置某个key 的过期时间同时,我们创建一个定时器,让定时器在该过期时间到来时,立即执行对其进行删除的操作。

  优点:定时删除对内存是最友好的,能够保存内存的key一旦过期就能立即从内存中删除。

  缺点:对CPU最不友好,在过期键比较多的时候,删除过期键会占用一部分 CPU 时间,对服务器的响应时间和吞吐量造成影响。

②、惰性删除

  设置该key 过期时间后,我们不去管它,当需要该key时,我们在检查其是否过期,如果过期,我们就删掉它,反之返回该key。

  优点:对 CPU友好,我们只会在使用该键时才会进行过期检查,对于很多用不到的key不用浪费时间进行过期检查。

  缺点:对内存不友好,如果一个键已经过期,但是一直没有使用,那么该键就会一直存在内存中,如果数据库中有很多这种使用不到的过期键,这些键便永远不会被删除,内存永远不会释放。从而造成内存泄漏。

③、定期删除

  每隔一段时间,我们就对一些key进行检查,删除里面过期的key。

  优点:可以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 的影响。另外定期删除,也能有效释放过期键占用的内存。

  缺点:难以确定删除操作执行的时长和频率。

     如果执行的太频繁,定期删除策略变得和定时删除策略一样,对CPU不友好。

     如果执行的太少,那又和惰性删除一样了,过期键占用的内存不会及时得到释放。

     另外最重要的是,在获取某个键时,如果某个键的过期时间已经到了,但是还没执行定期删除,那么就会返回这个键的值,这是业务不能忍受的错误。

4、Redis过期删除策略

  前面讨论了删除过期键的三种策略,发现单一使用某一策略都不能满足实际需求,聪明的你可能想到了,既然单一策略不能满足,那就组合来使用吧。

  没错,Redis的过期删除策略就是:惰性删除和定期删除两种策略配合使用。

  惰性删除:Redis的惰性删除策略由 db.c/expireIfNeeded 函数实现,所有键读写命令执行之前都会调用 expireIfNeeded 函数对其进行检查,如果过期,则删除该键,然后执行键不存在的操作;未过期则不作操作,继续执行原有的命令。

  定期删除:由redis.c/activeExpireCycle 函数实现,函数以一定的频率运行,每次运行时,都从一定数量的数据库中取出一定数量的随机键进行检查,并删除其中的过期键。

  注意:并不是一次运行就检查所有的库,所有的键,而是随机检查一定数量的键。

  定期删除函数的运行频率,在Redis2.6版本中,规定每秒运行10次,大概100ms运行一次。在Redis2.8版本后,可以通过修改配置文件redis.conf 的 hz 选项来调整这个次数。

  

  看上面对这个参数的解释,建议不要将这个值设置超过 100,否则会对CPU造成比较大的压力。

  我们看到,通过过期删除策略,对于某些永远使用不到的键,并且多次定期删除也没选定到并删除,那么这些键同样会一直驻留在内存中,又或者在Redis中存入了大量的键,这些操作可能会导致Redis内存不够用,这时候就需要Redis的内存淘汰策略了。

5、内存淘汰策略

①、设置Redis最大内存

  在配置文件redis.conf 中,可以通过参数 maxmemory <bytes> 来设定最大内存:

  

  不设定该参数默认是无限制的,但是通常会设定其为物理内存的四分之三。(这里有个疑惑:为啥作者不考虑将此参数设定为百分比呢?)

②、设置内存淘汰方式

  当现有内存大于 maxmemory 时,便会触发redis主动淘汰内存方式,通过设置 maxmemory-policy ,有如下几种淘汰方式:

  1)volatile-lru   利用LRU算法移除设置过过期时间的key (LRU:最近使用 Least Recently Used ) 。

  2)allkeys-lru   利用LRU算法移除任何key (和上一个相比,删除的key包括设置过期时间和不设置过期时间的)。通常使用该方式

  3)volatile-random 移除设置过过期时间的随机key 。

  4)allkeys-random  无差别的随机移除。

  5)volatile-ttl   移除即将过期的key(minor TTL) 

  6)noeviction 不移除任何key,只是返回一个写错误 ,默认选项,一般不会选用。

  在redis.conf 配置文件中,可以设置淘汰方式:

  

6、总结

  通过上面的介绍,相信大家对Redis的过期数据删除策略和内存淘汰策略有一定的了解了。这里总结一下:

  Redis过期删除策略是采用惰性删除和定期删除这两种方式组合进行的,惰性删除能够保证过期的数据我们在获取时一定获取不到,而定期删除设置合适的频率,则可以保证无效的数据及时得到释放,而不会一直占用内存数据。

  但是我们说Redis是部署在物理机上的,内存不可能无限扩充的,当内存达到我们设定的界限后,便自动触发Redis内存淘汰策略,而具体的策略方式要根据实际业务情况进行选取。

作者:YSOcean