Redis主键失效原理

Redis中设置主键失效的命令有：EXPIRE、EXPIREAT、PEXPIRE、PEXPIREAT、SETEX和PSETEX。一旦key设置的过期时间到期
就会删除该key-value。那么Redis是如何让key失效的呢？

主键失效的方法

1. 被动方法：主键被访问时如果发现失效，就删除掉该主键。
2. 主动方法：周期性的每隔一段时间检查下redis中是否有失效的主键，并且选择部分失效的主键删除。

主键与失效时间

当我们往redis中存入key-value时，key会添加到一个key的字典表dict中；同时如果该key有过期时间，那么过期时间添加到expires字典表中；
这两个字典表可以理解为分别是key:value和key:timeout的映射。当我们使用SETEX和PSETEX时，先将key添加到dict中，然后将过期时间添加到expires中；而使用EXPIRE、EXPIREAT、PEXPIRE、PEXPIREAT时，先检查dict中是否存在该主键，如果有就将主键和过期时间添加到expires中。

被动失效方法

被动失效方法是在任何访问数据操作前，如，GET、MGET、HGET、LRANGE等等，先检查主键是否失效，如果失效就删除它。具体做法如下：

• 获取主键的过期时间
• 如果过期时间不存在或者服务器正在加载数据，不删除
• 如果不是Redis是作为salve运行，不删除主键(接收master命令来处理，而不是在被动方法中删除)，slave的主键失效是由master控制，只需要通知使用者该主键失效了
• 对比当前时间与过期时间，确认主键确实已经失效了
• 如果确实失效，那么首先更新关于失效主键的统计个数，然后将该主键失效的信息进行广播，最后将该主键从数据库中删除

主键失效广播做两件事，1.如果redis开启了AOF就将删除失效主键的这一操作以 DEL Key 的标准命令格式记录下来；2. 如果redis存在slave, 就给所有的slave发送
DEL Key的标准命令格式消息，告诉slave删除各自的失效主键。

主动失效方法

仅仅通过被动失效远远不够，如果一个主键一直不被再次访问那么它将永远不会被删除，显示造成很大的空间浪费。Redis还提供主动失效的方法，简单说就是每隔一段时间
（默认10秒）检查一下数据库，从中删除失效主键。在redis服务器启动时，创建一个时间事件用来检查失效主键，这个检查时间默认10秒执行一次，设置失效的主键并不是所有的全部检查而是随机选择一定数量（默认10个）进行检查并且删除，如果失效主键的超过抽检样本比例的25%，Redis会认为当前数据失效主键很多，所以还会进行下一轮的检查直到比例小于25%，然后转向下一个数据库。同样redis也不会一次检查所有的数据库，而是一次最多处理16个数据库。这样做的目的是为了减少清理失效主键带来的性能下降。

主动检查主键的具体做法是：

• 记录上次执行检查的数据库编号和上次执行检查的时间
• 如果当前数据库数量小于16（默认值）则处理全部数据库，如果上次执行时间大于时间限制说明失效主键很多，同样处理全部数据库
• 遍历每个redis数据库
• 如果expires字典表大小为0，说明该数据库中没有设置失效时间的主键，直接检查下一数据库
• 如果expires字典表不为空，但是其填充率不足1%，那么随机选择主键进行检查的代价会很高，所以这里直接检查下一数据库
• 如果expires字典表中的个数不足以达到抽样个数，则选择全部key作为抽样样本
• 随机获取一个设置了失效时间的主键，检查其是否已经失效
• 发现该主键确实已经失效, 删除该主键; 在删除前广播该主键的失效信息, 与被动方法相同, 同时更新失效主键的统计个数。
• 如果失效的主键数占抽样数的百分比大于25%，则继续上述过程

主动失效的算法可以在redis.conf中选择，随机，LRU和ttl。

主键失效对Redis性能的影响

上面我们可以看到，定期检查失效主键需要对数据库遍历和对expires字典遍历，虽然redis设置了检查的数量和cpu执行时间限制，但是当失效主键很多时还是会影响性能，特别是短期内的失效时间，因此在使用失效时间还是要注意的。