【75期】面试官——说说Redis的过期键删除策略吧!(高频)

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划重点:Redis的过期键删除策略也是面试中经常会被问的,我最近面试,被问到了好几次。

对于Redis服务器来说,内存资源非常宝贵,如果一些过期键一直不被删除,就会造成资源浪费,因此我们需要考虑一个问题:如果一个键过期了,它什么时候会被删除呢?

1. 常见的删除策略

常见的删除策略有以下3种:

  • **定时删除**
  • 在设置键的过期时间的同时,创建一个定时器,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。

  • **惰性删除**
  • 放任过期键不管,每次从键空间中获取键时,检查该键是否过期,如果过期,就删除该键,如果没有过期,就返回该键。

  • **定期删除**
  • 每隔一段时间,程序对数据库进行一次检查,删除里面的过期键,至于要删除哪些数据库的哪些过期键,则由算法决定。

    其中定时删除和定期删除为主动删除策略,惰性删除为被动删除策略。

    接下来我们一一讲解。

    1.1 定时删除策略

    定时删除策略通过使用定时器,定时删除策略可以保证过期键尽可能快地被删除,并释放过期键占用的内存。

    因此,定时删除策略的优缺点如下所示:

  • 优点:对内存非常友好
  • 缺点:对CPU时间非常不友好
  • 举个例子,如果有大量的命令请求等待服务器处理,并且服务器当前不缺少内存,如果服务器将大量的CPU时间用来删除过期键,那么服务器的响应时间和吞吐量就会受到影响。

    也就是说,如果服务器创建大量的定时器,服务器处理命令请求的性能就会降低,因此Redis目前并没有使用定时删除策略。

    1.2 惰性删除策略

    惰性删除策略只会在获取键时才对键进行过期检查,不会在删除其它无关的过期键花费过多的CPU时间。

    因此,惰性删除策略的优缺点如下所示:

  • 优点:对CPU时间非常友好
  • 缺点:对内存非常不友好
  • 举个例子,如果数据库有很多的过期键,而这些过期键又恰好一直没有被访问到,那这些过期键就会一直占用着宝贵的内存资源,造成资源浪费。

    1.3 定期删除策略

    定期删除策略是定时删除策略和惰性删除策略的一种整合折中方案。

    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,同时,通过定期删除过期键,也有效地减少了因为过期键而带来的内存浪费。

    2. Redis使用的过期键删除策略

    Redis服务器使用的是惰性删除策略和定期删除策略。

    2.1 惰性删除策略的实现

    过期键的惰性删除策略由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:

  • 如果输入键已经过期,那么将输入键从数据库中删除
  • 如果输入键未过期,那么不做任何处理
  • 以上描述可以使用如下流程图表示:

    【75期】面试官:说说Redis的过期键删除策略吧!(高频)

    2.2 定期删除策略的实现

    过期键的定期删除策略由activeExpireCycle函数实现,每当Redis服务器的周期性操作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。

    activeExpireCycle函数的大体流程为:

    函数每次运行时,都从一定数量的数据库中随机取出一定数量的键进行检查,并删除其中的过期键,比如先从0号数据库开始检查,下次函数运行时,可能就是从1号数据库开始检查,直到15号数据库检查完毕,又重新从0号数据库开始检查,这样可以保证每个数据库都被检查到。

    划重点:

    关于定期删除的大体流程,最近面试时有被问道,我就是按上述描述回答的。

    可能有的面试官还会问,每次随机删除哪些key呢?可以提下LRU算法(Least Recently Used 最近最少使用),一般不会再细问,不过有兴趣的同学可以深入研究下。更多面试题,欢迎关注公众号 Java面试题精选

    3. RDB对过期键的处理

    3.1 生成RDB文件

    在执行SAVE命令或者BGSAVE命令创建一个新的RDB文件时,程序会对数据库中的键进行检查,已过期的键不会被保存到新创建的RDB文件中。

    举个例子,如果数据库中包含3个键k1、k2、k3,并且k2已经过期,那么创建新的RDB文件时,程序只会将k1和k3保存到RDB文件中,k2则会被忽略。

    3.2 载入RDB文件

    在启动Redis服务器时,如果服务器只开启了RDB持久化,那么服务器将会载入RDB文件:

  • 如果服务器以主服务器模式运行,在载入RDB文件时,程序会对文件中保存的键进行检查,未过期的键会被载入到数据库中,过期键会被忽略。
  • 如果服务器以从服务器模式运行,在载入RDB文件时,文件中保存的所有键,不论是否过期,都会被载入到数据库中。
  • 因为主从服务器在进行数据同步(完整重同步)的时候,从服务器的数据库会被清空,所以一般情况下,过期键对载入RDB文件的从服务器不会造成影响。更多面试题,欢迎关注公众号 Java面试题精选

    4. AOF对过期键的处理

    4.1 AOF文件写入

    如果数据库中的某个键已经过期,并且服务器开启了AOF持久化功能,当过期键被惰性删除或者定期删除后,程序会向AOF文件追加一条DEL命令,显式记录该键已被删除。

    举个例子,如果客户端执行命令GET message访问已经过期的message键,那么服务器将执行以下3个动作:

  • 从数据库中删除message键
  • 追加一条DEL message命令到AOF文件 -向执行GET message命令的客户端返回空回复

  • 4.2 AOF文件重写

    在执行AOF文件重写时,程序会对数据库中的键进行检查,已过期的键不会被保存到重写后的AOF文件中。

    5. 复制功能对过期键的处理

    在主从复制模式下,从服务器的过期键删除动作由主服务器控制:

  • 主服务器在删除一个过期键后,会显式地向所有从服务器发送一个DEL命令,告知从服务器删除这个过期键。
  • 从服务器在执行客户端发送的读命令时,即使发现该键已过期也不会删除该键,照常返回该键的值。
  • 从服务器只有接收到主服务器发送的DEL命令后,才会删除过期键。
  • 6. 源码及参考

    黄健宏 《Redis设计与实现》

    来源:juejin.im/post/5e93ce3be51d45470d528262

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