Redis Key过期策略

概述

  Redis的Key过期策略是其内存管理系统的核心组成部分，主要包括「被动过期」、「主动过期」和「内存淘汰」三个机制。其中「内存淘汰」相关内容已经在上一篇「Redis内存淘汰策略」中进行了详细的讲解，有信兴趣的同学可以在回顾上一篇文章。本文将着重讲解Redis的Key过期策略，从实现原理、工作流程到最佳实践进行全面解析。

---

Redis Key过期策略

  Redis采用多策略组合的方式管理Key过期，主要包括三种机制：定时删除、惰性删除和定期删除。
  下面将分别对这三种key过期机制进行实现原理、优缺点、Redis采用的策略、以及RDB/AOF对不同过期策略的处理上的讲解。

定时删除

 实现原理：
  在设置key的过期时间的同时，为该key创建一个定时器，让定时器在key过期时间来临时，对key进行删除。
 优点：
  1. 内存友好，可以及时清除过期的数据
 缺点：
  1. cpu不友好，会占用大量cpu资源去处理过期的数据，从而影响缓存的响应时间和吞吐量。
  2. 定时器的创建耗时，若为每一个设置过期时间key创建一个定时器（将会产生大量的定时器），性能影响严重。
  3. Redis未采用此策略。

---

惰性删除

 实现原理：
  只有当访问key时，才会判断该key是否已经是过期（触发expireIfNeeded()检查），过期则清除。
  优点：
  1. cpu友好，零额外开销
  2. 删除操作精准
 缺点：
  1.内存泄漏风险：不访问的过期Key永远存在。极端情况下可能会出现大量过期key没有再被访问，从而不会被删除，占用大量无效内存。

---

定期删除

 实现原理：
  每隔一定时间，扫描一定数量在数据库中expires字典（过期字典）中一定数量的key，并清除其中已过期的key。

 工作机制
  1. 周期性执行activeExpireCycle()
  2. 随机抽取部分过期字典中的Key检查
  3. 采用自适应算法控制CPU消耗

 核心算法：

def activeExpireCycle():while True:# 每次随机检查20个Keyfor i in range(20):key = random.choice(expires_dict)if key.expire_time < now:delete_key(key)# 动态退出条件if checked_keys < 20*25%:  # 过期率<25%则退出break

 优点：
  1.该策略是前两者的一个折中方案，通过调整定时扫描的时间间隔和每次扫描的限定耗时，可以在不同情况下使得cpu和内存资源达到最优的平衡效果。
  2.通过限制删除的时长和频率，来减少删除操作对cpu时间的占用 — 解决「定时删除」的缺点
  3.定期删除过期key — 解决「惰性删除」的缺点

 缺点：
  1.在内存友好方面，不如「定时删除」。
  2.在cpu时间友好方面，不如「惰性删除」。

 难点：
  1.合理设置操作的执行时长（每次删除执行多长时间）和执行频率（每隔多久时间做一次删除），这个需要各个业务场景根据实际情况进行动态调整。

---

Redis采用的策略

 Redis采用**「惰性删除」** + **「定期删除」**的混合策略

 混合策略架构

「惰性删除」 + 「定期删除」策略

 惰性删除流程
  1.在进行get或setnx等操作时，先检查key是否过期。
  2.若过期，则删除key，然后执行相应操作。
  3.若没过期，则直接执行相应操作。

 定期删除流程
  1.遍历每个数据库（即redis.conf中配置的“database”数量，默认为16）。
  2.检查当前库中指定个数key（默认是每个库检查20个key，相当于循环执行20次）。
   a. 如果当前库中没有一个key设置了过期时间，直接执行下一个库的遍历。
   b. 随机获取一个设置了过期时间的key，检查key是否过期，如过期，删除key。
   c. 判断定期删除操作是否已经达到指定时长，若达到，则退出定期删除。
 注意事项
  定期删除，在程序中有一个全局变量current_db来记录下一个将要便利的库。假设有16个库，这一次定期删除遍历了10个，那此时的current_db就是11，下一次定期删除就从第 11库开始遍历。

---

持久化对过期策略的处理

RDB对过期策略的处理

 说明：过期key对RDB没有影响
 原理：
  1.从内存持久化数据到RDB文件
 主节点
  a. 生成RDB快照时会主动过滤已过期的Key。
  b. 仅持久化未过期的Key-value对。
 从节点
  a. 即使接收到的RDB文件包含未实际过期的Key。
  b. 加载时仍会执行过期检查（双重保障）。

 关键源码

// rdb.c 源码关键逻辑
int rdbSaveKeyValuePair(rio *rdb, robj *key, robj *val, long long expiretime) {if (expiretime != -1 && expiretime < mstime()) {return 0; // 跳过已过期的Key}// 保存未过期的Key...
}

 2.从RDB文件恢复数据到内存
 全量加载流程：
  a. 清空当前数据库
  b. 解析RDB文件内容
  c. 对每个Key执行expireIfNeeded()检查
  c. 仅加载未过期的Key

---

AOF对过期策略的处理

 说明：过期key对AOF没有影响
 原理：
 1.从内存持久化数据到AOF文件

 正常AOF追加模式
  a. AOF会将对应Key的操作一并写入文件中

操作类型	AOF记录内容
Key设置过期	PEXPIREAT key timestamp
Key自然过期	DEL key（实际由propagateExpire()生成)
手动删除	直接记录DEL key

 AOF重写时
  a. 重写时，会先判断Key是否过期，已过期的Key不会重写到AOF文件

 与RDB的区别
  a. 仍会记录Key的过期时间（PEXPIREAT）
  b. 但实际数据只有未过期Key会被写入

---

复制场景下的特殊处理

 主从复制流程

节点角色	过期Key处理方式
主节点	惰性删除+定期删除
从节点	仅依赖主节点的DEL同步

 关键机制：
  a. 主节点过期后会向从节点传播DEL命令
  b. 从节点不会主动删除Key（即使已过期）
  c. 3.2+版本引入replica-ignore-expire配置（默认关闭）

---

数据一致性风险

 场景：
  1. Key在主节点过期但尚未同步到从节点
  2. 此时主节点宕机，从节点晋升后：
  3. RDB加载：会重新检查过期
  4. AOF回放：依赖记录的DEL命令

---

总结对比表

持久化方式	生成时处理	加载时处理	复制传播
RDB	过滤过期Key	二次检查	全量同步
AOF	记录DEL命令	按序重放	增量同步
混合模式	RDB部分过滤	组合加载	混合同步