Redis 的过期策略与键的过期时间设置方法

redis 是一个高性能的键值存储系统，广泛应用于缓存、消息队列等场景。为了管理内存资源，redis 提供了键的过期机制，允许用户为键设置生存时间（ttl）。本文将深入探讨 redis 的过期策略、如何设置键的过期时间，以及这些机制背后的实现原理。

一、 redis 的过期策略

redis 通过两种主要策略来处理键的过期问题：​惰性删除和定期删除。

1.1 ​惰性删除（lazy expiration）​ ​

• ​原理：当客户端访问一个键时，redis 会检查该键是否已过期。如果已过期，则立即删除该键，并返回空值。
• ​优点：只有在访问时才会触发删除操作，节省了 cpu 资源。
• ​缺点：如果过期键长时间未被访问，会导致内存浪费。

1.2 ​定期删除（active expiration）​ ​

• ​原理：redis 会定期（默认每秒 10 次）随机检查一定数量的键，删除其中已过期的键。 ​
• 优点：可以及时清理过期键，减少内存占用。
• ​缺点：如果过期键数量过多，可能会占用一定的 cpu 资源。

1.3 ​过期策略的平衡

redis 通过结合惰性删除和定期删除，实现了内存管理和性能的平衡。惰性删除确保只有在需要时才处理过期键，而定期删除则防止过期键长期占用内存。

二、如何设置键的过期时间

redis 提供了多种命令来设置键的过期时间。

2.1 ​expire 命令

为键设置一个以秒为单位的生存时间。
语法：expire key seconds

set mykey "hello"
expire mykey 60  -- 60 秒后过期

2.2 ​pexpire 命令

为键设置一个以毫秒为单位的生存时间。
语法：pexpire key milliseconds
示例：

set mykey "hello"
pexpire mykey 60000  -- 60000 毫秒（60 秒）后过期

2.3 ​expireat 命令

为键设置一个以 unix 时间戳（秒）为单位的过期时间。
语法：expireat key timestamp
示例：
redis
set mykey “hello”
expireat mykey 1672502400 – 2023-01-01 00:00:00 过期

2.4 ​pexpireat 命令

为键设置一个以 unix 时间戳（毫秒）为单位的过期时间。
语法：pexpireat key timestamp
示例：

set mykey "hello"
pexpireat mykey 1672502400000  -- 2023-01-01 00:00:00 过期

2.5 ​ttl 和 pttl 命令

ttl：返回键的剩余生存时间（秒）。
pttl：返回键的剩余生存时间（毫秒）。
示例：

ttl mykey  -- 返回剩余秒数
pttl mykey -- 返回剩余毫秒数

2.6 ​persist 命令

移除键的过期时间，使其永久有效。
语法：persist key
示例：

persist mykey  -- 移除 mykey 的过期时间

三、 过期机制的实现原理

redis 的过期机制基于以下数据结构实现：

3.1 ​过期字典（expires dictionary）​

• redis 使用一个独立的字典（哈希表）来存储所有键的过期时间。
• 键是数据库中的键，值是对应的过期时间戳。

3.2 ​过期键的删除

• 惰性删除：当访问键时，redis 会检查过期字典，如果当前时间大于过期时间，则删除该键。 ​
• 定期删除：redis会定期随机检查一定数量的键，删除其中已过期的键。

3.3 ​内存回收

当 redis 的内存使用达到上限时，会触发内存回收机制（如 maxmemory-policy 配置），优先删除过期键以释放内存。

四、 最佳实践

4.1 ​合理设置过期时间

• 根据业务需求设置合理的过期时间，避免键过早或过晚过期。
• 对于缓存场景，可以使用较短的过期时间（如几分钟或几小时）。

4.2 ​监控过期键数量

使用 info 命令监控 redis 中的过期键数量，确保内存资源得到有效管理。

info keyspace

4.3 ​避免大量键同时过期

如果大量键在同一时间过期，可能会导致 redis 性能下降。可以通过随机化过期时间来缓解这一问题。

4.4 ​使用 maxmemory-policy 配置

配置 redis 的内存回收策略，优先删除过期键或最近最少使用的键（lru）。

config set maxmemory-policy volatile-lru

五、总结

redis 的过期机制通过惰性删除和定期删除两种策略，实现了内存资源的高效管理。通过合理设置键的过期时间，可以优化 redis 的性能和内存使用。同时，了解过期机制的实现原理，有助于更好地应对高并发和大数据量的场景。

在实际应用中，建议根据业务需求灵活使用 redis 的过期命令，并结合监控工具和配置优化，确保 redis 的稳定性和高效性。

参考资料

redis 官方文档：https://redis.io/commands#expire
《redis 设计与实现》——黄健宏
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