在Redis的使用過程中，經(jīng)常會遇到一些在特定時(shí)間之后就需要刪除的數(shù)據(jù)，Redis提供了鍵的過期時(shí)間這個(gè)功能來解決這個(gè)問題。通過這個(gè)功能，可以讓特定的鍵在指定的時(shí)間之后自動刪除，而不需要手動執(zhí)行刪除操作。
設(shè)置鍵的生存時(shí)間或過期時(shí)間
通過EXPIRE命令或者PEXPIRE命令，客戶端可以以秒或者毫秒精度為數(shù)據(jù)庫中的某個(gè)鍵設(shè)置生存時(shí)間（TimeToLive，TTL），在經(jīng)過指定的秒數(shù)或者毫秒數(shù)之后，服務(wù)器就會自動刪除生存時(shí)間為0的鍵：
127.0.0.1:6379> set key value
OK
127.0.0.1:6379> expire key 5 //設(shè)置過期時(shí)間為5s
(integer) 1
127.0.0.1:6379> get key //5s之內(nèi)執(zhí)行
"value"
127.0.0.1:6379> get key //5s之后執(zhí)行
(nil)
127.0.0.1:6379>
127.0.0.1:6379> set key value
OK
127.0.0.1:6379> pexpire key 5000 //設(shè)置過期時(shí)間為5000ms
(integer) 1
127.0.0.1:6379> get key //5000ms之內(nèi)執(zhí)行
"value"
127.0.0.1:6379> get key //5000ms之后執(zhí)行
(nil)
127.0.0.1:6379>
SETEX命令可以在設(shè)置一個(gè)字符串鍵的同時(shí)為鍵設(shè)置過期時(shí)間，其原理與EXPIRE命令設(shè)置過期時(shí)間的原理是完全一樣的。
EXPIREAT命令或PEXPIREAT命令，以秒或者毫秒精度給數(shù)據(jù)庫中的某個(gè)鍵設(shè)置過期時(shí)間（expire time），過期時(shí)間是一個(gè)UNIX時(shí)間戳，當(dāng)鍵的過期時(shí)間來臨時(shí)，服務(wù)器就會自動從數(shù)據(jù)庫中刪除這個(gè)鍵：
127.0.0.1:6379> set key value
OK
127.0.0.1:6379> time
1) "1563250186"
2) "495791"
127.0.0.1:6379> expireat key 1563250199
(integer) 1
127.0.0.1:6379> get key
"value"
127.0.0.1:6379> get key
(nil)
127.0.0.1:6379>
TTL命令和PTTL命令接受一個(gè)帶有生存時(shí)間或者過期時(shí)間的鍵，返回這個(gè)鍵的剩余生存時(shí)間，也就是，返回距離這個(gè)鍵被服務(wù)器自動刪除還有多長時(shí)間：
127.0.0.1:6379> set key value
OK
127.0.0.1:6379> expire key 100 //設(shè)置過期時(shí)間為100s
(integer) 1
127.0.0.1:6379> ttl key
(integer) 95
127.0.0.1:6379> pttl key
(integer) 90167
127.0.0.1:6379> pttl key
(integer) -2
127.0.0.1:6379> set key value
OK
127.0.0.1:6379> time
1) "1563250520"
2) "97708"
127.0.0.1:6379> expireat key 1563250550 //設(shè)置過期時(shí)間為30s以后
(integer) 1
127.0.0.1:6379> ttl key
(integer) 13
127.0.0.1:6379> ttl key
(integer) 10
127.0.0.1:6379> ttl key
(integer) 2
127.0.0.1:6379> ttl key
(integer) -2
設(shè)置過期時(shí)間
Redis有四個(gè)不同的命令可以用于設(shè)置鍵的生存時(shí)間（鍵可以存在多久）或過期時(shí)間（鍵什么時(shí)候會被刪除）：
- EXPIRE <key> <ttl> 命令用于將鍵key的生存時(shí)間設(shè)置為ttl秒。
- PEXPIRE <key> <ttl> 命令用于將鍵key的生存時(shí)間設(shè)置為ttl毫秒。
- EXPIREAT <key> <timestamp> 命令用于將鍵key的過期時(shí)間設(shè)置為timestamp所指定的秒數(shù)時(shí)間戳。
- PEXPIREAT <key> <timestamp> 命令用于將鍵key的過期時(shí)間設(shè)置為timestamp所指定的毫秒數(shù)時(shí)間戳。
備注：雖然有多種不同單位和不同形式的設(shè)置命令，但實(shí)際上EXPIRE、PEXPIRE、EXPIREAT三個(gè)命令都是使用PEXPIREAT命令來實(shí)現(xiàn)的：無論客戶端執(zhí)行的是以上四個(gè)命令中的哪一個(gè)，經(jīng)過轉(zhuǎn)換之后，最終的執(zhí)行效果都和執(zhí)行PEXPIREAT命令一樣。
EXPIRE命令轉(zhuǎn)換成PEXPIRE命令：
def EXPIRE(key,ttl_in_sec):
#將TTL從秒轉(zhuǎn)換成毫秒
ttl_in_ms = sec_to_ms(ttl_in_sec)
PEXPIRE(key, ttl_in_ms)
PEXPIRE命令轉(zhuǎn)換成PEXPIREAT命令：
def PEXPIRE(key,ttl_in_ms):
#獲取以毫秒計(jì)算的當(dāng)前UNIX時(shí)間戳
now_ms = get_current_unix_timestamp_in_ms()
#當(dāng)前時(shí)間加上TTL，得出毫秒格式的鍵過期時(shí)間
PEXPIREAT(key,now_ms+ttl_in_ms)
EXPIREAT命令轉(zhuǎn)換成PEXPIREAT命令：
def EXPIREAT(key,expire_time_in_sec):
# 將過期時(shí)間從秒轉(zhuǎn)換為毫秒
expire_time_in_ms = sec_to_ms(expire_time_in_sec)
PEXPIREAT(key, expire_time_in_ms)
最終，EXPIRE、PEXPIRE和EXPIREAT三個(gè)命令都會轉(zhuǎn)換成PEXPIREAT命令來執(zhí)行：
保存過期時(shí)間
redisDb結(jié)構(gòu)的expires字典保存了數(shù)據(jù)庫中所有鍵的過期時(shí)間，這個(gè)字典稱為過期字典：
- 過期字典的鍵是一個(gè)指針，這個(gè)指針指向鍵空間中的某個(gè)鍵對象（也即是某個(gè)數(shù)據(jù)庫鍵）。
- 過期字典的值是一個(gè)longlong類型的整數(shù)，這個(gè)整數(shù)保存了鍵所指向的數(shù)據(jù)庫鍵的過期時(shí)間——一個(gè)毫秒精度的UNIX時(shí)間戳。
/* Redis database representation. There are multiple databases identified
* by integers from 0 (the default database) up to the max configured
* database. The database number is the 'id' field in the structure. */
typedef struct redisDb {
// 數(shù)據(jù)庫鍵空間，保存著數(shù)據(jù)庫中的所有鍵值對
dict *dict; /* The keyspace for this DB */
// 鍵的過期時(shí)間，字典的鍵為鍵，字典的值為過期事件 UNIX 時(shí)間戳
dict *expires; /* Timeout of keys with a timeout set */
// 正處于阻塞狀態(tài)的鍵
dict *blocking_keys; /* Keys with clients waiting for data (BLPOP) */
// 可以解除阻塞的鍵
dict *ready_keys; /* Blocked keys that received a PUSH */
// 正在被 WATCH 命令監(jiān)視的鍵
dict *watched_keys; /* WATCHED keys for MULTI/EXEC CAS */
struct evictionPoolEntry *eviction_pool; /* Eviction pool of keys */
// 數(shù)據(jù)庫號碼
int id; /* Database ID */
// 數(shù)據(jù)庫的鍵的平均 TTL ，統(tǒng)計(jì)信息
long long avg_ttl; /* Average TTL, just for stats */
} redisDb;
一個(gè)帶有過期字典的數(shù)據(jù)庫例子，鍵空間保存了數(shù)據(jù)庫中的所有鍵值對，而過期字典則保存了數(shù)據(jù)庫鍵的過期時(shí)間。
備注：為了展示方便，圖中的鍵空間和過期字典中重復(fù)出現(xiàn)了兩次alphabet鍵對象和book鍵對象。在實(shí)際中，鍵空間的鍵和過期字典的鍵都指向同一個(gè)鍵對象，所以不會出現(xiàn)任何重復(fù)對象，也不會浪費(fèi)任何空間。
- 第一個(gè)鍵值對的鍵為alphabet鍵對象，值為1563350356000，這表示數(shù)據(jù)庫鍵alphabet的過期時(shí)間為1563350356000（2019-07-17 15:59:16）。
- 第二個(gè)鍵值對的鍵為book鍵對象，值為1563350529000，這表示數(shù)據(jù)庫鍵book的過期時(shí)間為1563350529000（2019-07-17 16:02:09）。
當(dāng)客戶端執(zhí)行PEXPIREAT命令（或者其他三個(gè)會轉(zhuǎn)換成PEXPIREAT命令的命令）為一個(gè)數(shù)據(jù)庫鍵設(shè)置過期時(shí)間時(shí)，服務(wù)器會在數(shù)據(jù)庫的過期字典中關(guān)聯(lián)給定的數(shù)據(jù)庫鍵和過期時(shí)間。如果數(shù)據(jù)庫當(dāng)前的狀態(tài)如上圖所示，那么在服務(wù)器執(zhí)行以下命令之后：
127.0.0.1:6379> set message "Hello World"
OK
127.0.0.1:6379> pexpireat message 1563351324000 //過期時(shí)間為2019-07-17 16:15:24
(integer) 1
127.0.0.1:6379> get message
"Hello World"
127.0.0.1:6379> get message
(nil)
這時(shí)過期字典將新增一個(gè)鍵值對，其中鍵為message鍵對象，而值則為1563351324000（2019-07-17 16:15:24），如圖所示：
以下是PEXPIREAT命令的偽代碼定義：
def PEXPIREAT(key, expire_time_in_ms):
# 如果給定的鍵不存在于鍵空間，那么不能設(shè)置過期時(shí)間
if key not in redisDb.dict:
return 0
# 在過期字典中關(guān)聯(lián)鍵和過期時(shí)間
redisDb.expires[key] = expire_time_in_ms
# 過期時(shí)間設(shè)置成功
return 1
移除過期時(shí)間
PERSIST命令可以移除一個(gè)鍵的過期時(shí)間：
127.0.0.1:6379> set message "Hello World"
OK
127.0.0.1:6379> pexpireat message 1563352500000 //設(shè)置過期時(shí)間為2019-07-17 16:35:00
(integer) 1
127.0.0.1:6379> ttl message
(integer) 320
127.0.0.1:6379> pttl message
(integer) 309665
127.0.0.1:6379> persist message
(integer) 1
127.0.0.1:6379> ttl message
(integer) -1 //-1代表這個(gè)key沒有期時(shí)間
PERSIST命令就是PEXPIREAT命令的反操作：PERSIST命令在過期字典中查找給定的鍵，并解除鍵和值（過期時(shí)間）在過期字典中的關(guān)聯(lián)。
如果數(shù)據(jù)庫當(dāng)前的狀態(tài)如上圖所示，那么當(dāng)服務(wù)器執(zhí)行以下命令之后：
127.0.0.1:6379> persist book
(integer) 1
那么數(shù)據(jù)庫的狀態(tài)將更新為如下圖所示：
可以看到，當(dāng)PERSIST命令執(zhí)行之后，過期字典中原來的book鍵值對消失了，這代表數(shù)據(jù)庫鍵book的過期時(shí)間已經(jīng)被移除。
以下是PERSIST命令的偽代碼定義：
def PERSIST(key):
# 如果鍵不存在，或者鍵沒有設(shè)置過期時(shí)間，那么直接返回
if key not in redisDb.expires:
return 0
# 移除過期字典中給定鍵的鍵值對關(guān)聯(lián)
redisDb.expires.remove(key)
# 鍵的過期時(shí)間移除成功
return 1
計(jì)算并返回剩余生存時(shí)間
TTL命令以秒為單位返回鍵的剩余生存時(shí)間，而PTTL命令則以毫秒為單位返回鍵的剩余生存時(shí)間：
127.0.0.1:6379> rpush alphabet a b c
(integer) 3
127.0.0.1:6379> pexpireat alphabet 1563354600000
(integer) 1
127.0.0.1:6379> ttl alphabet
(integer) 106
127.0.0.1:6379> pttl alphabet
(integer) 102971
TTL和PTTL兩個(gè)命令都是通過計(jì)算鍵的過期時(shí)間和當(dāng)前時(shí)間之間的差來實(shí)現(xiàn)的，以下是這兩個(gè)命令的偽代碼實(shí)現(xiàn)：
def PTTL(key):
# 鍵不存在于數(shù)據(jù)庫
if key not in redisDb.dict:
return -2
# 嘗試取得鍵的過期時(shí)間
# 如果鍵沒有設(shè)置過期時(shí)間，那么 expire_time_in_ms 將為 None
expire_time_in_ms = redisDb.expires.get(key)
# 鍵沒有設(shè)置過期時(shí)間
if expire_time_in_ms is None:
return -1
# 獲得當(dāng)前時(shí)間
now_ms = get_current_unix_timestamp_in_ms()
# 過期時(shí)間減去當(dāng)前時(shí)間，得出的差就是鍵的剩余生存時(shí)間
return(expire_time_in_ms - now_ms)
def TTL(key):
# 獲取以毫秒為單位的剩余生存時(shí)間
ttl_in_ms = PTTL(key)
#處理返回值為-2和-1的情況
if ttl_in_ms < 0:
return ttl_in_ms
else:
# 將毫秒轉(zhuǎn)換為秒
return ms_to_sec(ttl_in_ms)
過期鍵的判定
通過過期字典，程序可以用以下步驟檢查一個(gè)給定鍵是否過期：
- 檢查給定鍵是否存在于過期字典：如果存在，那么取得鍵的過期時(shí)間。
- 檢查當(dāng)前UNIX時(shí)間戳是否大于鍵的過期時(shí)間：如果是的話，那么鍵已經(jīng)過期；否則的話，鍵未過期。
def is_expired(key):
# 取得鍵的過期時(shí)間
expire_time_in_ms = redisDb.expires.get(key)
# 鍵沒有設(shè)置過期時(shí)間
if expire_time_in_ms is None:
return False
# 取得當(dāng)前時(shí)間的UNIX時(shí)間戳
now_ms = get_current_unix_timestamp_in_ms()
# 檢查當(dāng)前時(shí)間是否大于鍵的過期時(shí)間
if now_ms > expire_time_in_ms:
# 是，鍵已經(jīng)過期
return True
else:
# 否，鍵未過期
return False
備注：實(shí)現(xiàn)過期鍵判定的另一種方法是使用TTL命令或者PTTL命令，比如說，如果對某個(gè)鍵執(zhí)行TTL命令，并且命令返回的值大于等于0，那么說明該鍵未過期。在實(shí)際中，Redis檢查鍵是否過期的方法和is_expired函數(shù)所描述的方法一致，因?yàn)橹苯釉L問字典比執(zhí)行一個(gè)命令稍微快一些。
過期鍵刪除策略
了解了數(shù)據(jù)庫鍵的過期時(shí)間都保存在過期字典中，以及如何根據(jù)過期時(shí)間去判斷一個(gè)鍵是否過期，現(xiàn)在剩下的問題是：如果一個(gè)鍵過期了，那么它什么時(shí)候會被刪除呢？
三種不同的刪除策略：
- 定時(shí)刪除：在設(shè)置鍵的過期時(shí)間的同時(shí)，創(chuàng)建一個(gè)定時(shí)器（timer），讓定時(shí)器在鍵的過期時(shí)間來臨時(shí)，立即執(zhí)行對鍵的刪除操作。
- 惰性刪除：放任鍵過期不管，但是每次從鍵空間中獲取鍵時(shí)，都檢查取得的鍵是否過期，如果過期的話，就刪除該鍵；如果沒有過期，就返回該鍵。
- 定期刪除：每隔一段時(shí)間，程序就對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行一次檢查，刪除里面的過期鍵。至于要刪除多少過期鍵，以及要檢查多少個(gè)數(shù)據(jù)庫，則由算法決定。
其中第一種和第三種為主動刪除策略，而第二種則為被動刪除策略。
定時(shí)刪除
優(yōu)點(diǎn)：對內(nèi)存是最友好的。通過使用定時(shí)器，定時(shí)刪除策略可以保證過期鍵會盡可能快地被刪除，并釋放過期鍵所占用的內(nèi)存。
缺點(diǎn)：對CPU時(shí)間是最不友好的。在過期鍵比較多的情況下，刪除過期鍵這一行為可能會占用相當(dāng)一部分CPU時(shí)間，在內(nèi)存不緊張但是CPU時(shí)間非常緊張的情況下，將CPU時(shí)間用在刪除和當(dāng)前任務(wù)無關(guān)的過期鍵上，無疑會對服務(wù)器的響應(yīng)時(shí)間和吞吐量造成影響。
如果正有大量的命令請求在等待服務(wù)器處理，并且服務(wù)器當(dāng)前不缺少內(nèi)存，那么服務(wù)器應(yīng)該優(yōu)先將CPU時(shí)間用在處理客戶端的命令請求上面，而不是用在刪除過期鍵上面。
備注：創(chuàng)建一個(gè)定時(shí)器需要用到Redis服務(wù)器中的時(shí)間事件，而當(dāng)前時(shí)間事件的實(shí)現(xiàn)方式——無序鏈表，查找一個(gè)事件的時(shí)間復(fù)雜度為O（N）——并不能高效地處理大量時(shí)間事件。
惰性刪除
優(yōu)點(diǎn)：對CPU時(shí)間來說是最友好的。程序只會在取出鍵時(shí)才對鍵進(jìn)行過期檢查，這可以保證刪除過期鍵的操作只會在非做不可的情況下進(jìn)行，并且刪除的目標(biāo)僅限于當(dāng)前處理的鍵，這個(gè)策略不會在刪除其他無關(guān)的過期鍵上花費(fèi)任何CPU時(shí)間。
缺點(diǎn)：對內(nèi)存是最不友好的：如果一個(gè)鍵已經(jīng)過期，而這個(gè)鍵又仍然保留在數(shù)據(jù)庫中，那么只要這個(gè)過期鍵不被刪除，它所占用的內(nèi)存就不會釋放。
在使用惰性刪除策略時(shí)，如果數(shù)據(jù)庫中有非常多的過期鍵，而這些過期鍵又恰好沒有被訪問到的話，那么它們也許永遠(yuǎn)也不會被刪除（除非用戶手動執(zhí)行FLUSHDB），這種情況看作是一種內(nèi)存泄漏——無用的垃圾數(shù)據(jù)占用了大量的內(nèi)存，而服務(wù)器卻不會自己去釋放它們，對于運(yùn)行狀態(tài)非常依賴于內(nèi)存的Redis服務(wù)器來說，可能會引發(fā)內(nèi)存使用問題。
例如對于一些和時(shí)間有關(guān)的數(shù)據(jù)，比如日志（log），在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)之后，對它們的訪問就會大大減少，甚至不再訪問，如果這類過期數(shù)據(jù)大量地積壓在數(shù)據(jù)庫中，用戶以為服務(wù)器已經(jīng)自動將它們刪除了，但實(shí)際上這些鍵仍然存在，而且鍵所占用的內(nèi)存也沒有釋放，那么造成的后果肯定是非常嚴(yán)重的。
定期刪除
定時(shí)刪除占用太多CPU時(shí)間，影響服務(wù)器的響應(yīng)時(shí)間和吞吐量。
惰性刪除浪費(fèi)太多內(nèi)存，有內(nèi)存泄漏的危險(xiǎn)。
定期刪除策略是前兩種策略的一種整合和折中：
- 定期刪除策略每隔一段時(shí)間執(zhí)行一次刪除過期鍵操作，并通過限制刪除操作執(zhí)行的時(shí)長和頻率來減少刪除操作對CPU時(shí)間的影響。
- 定期刪除策略有效地減少了因?yàn)檫^期鍵而帶來的內(nèi)存浪費(fèi)。
定期刪除策略的難點(diǎn)是確定刪除操作執(zhí)行的時(shí)長和頻率：
- 如果刪除操作執(zhí)行得太頻繁，或者執(zhí)行的時(shí)間太長，定期刪除策略就會退化成定時(shí)刪除策略，以至于將CPU時(shí)間過多地消耗在刪除過期鍵上面。
- 如果刪除操作執(zhí)行得太少，或者執(zhí)行的時(shí)間太短，定期刪除策略又會和惰性刪除策略一樣，出現(xiàn)浪費(fèi)內(nèi)存的情況。
因此，如果采用定期刪除策略的話，服務(wù)器必須根據(jù)情況，合理地設(shè)置刪除操作的執(zhí)行時(shí)長和執(zhí)行頻率。
Redis的過期鍵刪除策略
Redis服務(wù)器使用的是惰性刪除和定期刪除兩種策略：通過配合使用這兩種刪除策略，服務(wù)器可以很好地在合理使用CPU時(shí)間和避免浪費(fèi)內(nèi)存空間之間取得平衡。
惰性刪除策略的實(shí)現(xiàn)
過期鍵的惰性刪除策略由db.c/expireIfNeeded函數(shù)實(shí)現(xiàn)，所有讀寫數(shù)據(jù)庫的Redis命令在執(zhí)行之前都會調(diào)用expireIfNeeded函數(shù)對輸入鍵進(jìn)行檢查：
- 如果輸入鍵已經(jīng)過期，那么expireIfNeeded函數(shù)將輸入鍵從數(shù)據(jù)庫中刪除。
- 如果輸入鍵未過期，那么expireIfNeeded函數(shù)不做動作。
/*
* 檢查 key 是否已經(jīng)過期，如果是的話，將它從數(shù)據(jù)庫中刪除。
* 返回 0 表示鍵沒有過期時(shí)間，或者鍵未過期。
* 返回 1 表示鍵已經(jīng)因?yàn)檫^期而被刪除了。*/
int expireIfNeeded(redisDb *db, robj *key) {
// 取出鍵的過期時(shí)間
mstime_t when = getExpire(db,key);
mstime_t now;
// 沒有過期時(shí)間
if (when < 0) return 0; /* No expire for this key */
/* Don't expire anything while loading. It will be done later. */
// 如果服務(wù)器正在進(jìn)行載入，那么不進(jìn)行任何過期檢查
if (server.loading) return 0;
/* If we are in the context of a Lua script, we claim that time is
* blocked to when the Lua script started. This way a key can expire
* only the first time it is accessed and not in the middle of the
* script execution, making propagation to slaves / AOF consistent.
* See issue #1525 on Github for more information. */
now = server.lua_caller ? server.lua_time_start : mstime();
/* If we are running in the context of a slave, return ASAP:
* the slave key expiration is controlled by the master that will
* send us synthesized DEL operations for expired keys.
*
* Still we try to return the right information to the caller,
* that is, 0 if we think the key should be still valid, 1 if
* we think the key is expired at this time. */
// 當(dāng)服務(wù)器運(yùn)行在 replication 模式時(shí)
// 附屬節(jié)點(diǎn)并不主動刪除 key
// 它只返回一個(gè)邏輯上正確的返回值
// 真正的刪除操作要等待主節(jié)點(diǎn)發(fā)來刪除命令時(shí)才執(zhí)行
// 從而保證數(shù)據(jù)的同步
if (server.masterhost != NULL) return now > when;
// 運(yùn)行到這里，表示鍵帶有過期時(shí)間，并且服務(wù)器為主節(jié)點(diǎn)
/* Return when this key has not expired */
// 如果未過期，返回 0
if (now <= when) return 0;
/* Delete the key */
server.stat_expiredkeys++;
// 向 AOF 文件和附屬節(jié)點(diǎn)傳播過期信息
propagateExpire(db,key);
// 發(fā)送事件通知
notifyKeyspaceEvent(REDIS_NOTIFY_EXPIRED,
"expired",key,db->id);
// 將過期鍵從數(shù)據(jù)庫中刪除
return dbDelete(db,key);
}
Redis命令調(diào)用expireIfNeeded函數(shù)的過程如圖所示：
expireIfNeeded函數(shù)就像一個(gè)過濾器，它可以在命令真正執(zhí)行之前，過濾掉過期的輸入鍵，從而避免命令接觸到過期鍵。
因?yàn)槊總€(gè)被訪問的鍵都可能因?yàn)檫^期而被expireIfNeeded函數(shù)刪除，所以每個(gè)命令的實(shí)現(xiàn)函數(shù)都必須能同時(shí)處理鍵存在以及鍵不存在這兩種情況：
- 當(dāng)鍵存在時(shí)，命令按照鍵存在的情況執(zhí)行。
- 當(dāng)鍵不存在或者鍵因?yàn)檫^期而被expireIfNeeded函數(shù)刪除時(shí)，命令按照鍵不存在的情況執(zhí)行。
定期刪除策略的實(shí)現(xiàn)
過期鍵的定期刪除策略由redis.c/activeExpireCycle函數(shù)實(shí)現(xiàn)，每當(dāng)Redis的服務(wù)器周期性操作redis.c/serverCron函數(shù)執(zhí)行時(shí)，activeExpireCycle函數(shù)就會被調(diào)用，它在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，分多次遍歷服務(wù)器中的各個(gè)數(shù)據(jù)庫，從數(shù)據(jù)庫的expires字典中隨機(jī)檢查一部分鍵的過期時(shí)間，并刪除其中的過期鍵。
整個(gè)過程可以用偽代碼描述如下：
# 默認(rèn)每次檢查的數(shù)據(jù)庫數(shù)量
DEFAULT_DB_NUMBERS = 16
# 默認(rèn)每個(gè)數(shù)據(jù)庫檢查的鍵數(shù)量
DEFAULT_KEY_NUMBERS = 20
# 全局變量，記錄檢查進(jìn)度
current_db = 0
def activeExpireCycle():
# 初始化要檢查的數(shù)據(jù)庫數(shù)量
# 如果服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫數(shù)量比 DEFAULT_DB_NUMBERS 要小
# 那么以服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫數(shù)量為準(zhǔn)
if server.dbnum < DEFAULT_DB_NUMBERS:
db_numbers = server.dbnum
else:
db_numbers = DEFAULT_DB_NUMBERS
# 遍歷各個(gè)數(shù)據(jù)庫
for i in range(db_numbers):
# 如果current_db的值等于服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫數(shù)量
# 這表示檢查程序已經(jīng)遍歷了服務(wù)器的所有數(shù)據(jù)庫一次
# 將current_db重置為0，開始新的一輪遍歷
if current_db == server.dbnum:
current_db = 0
# 獲取當(dāng)前要處理的數(shù)據(jù)庫
redisDb = server.db[current_db]
# 將數(shù)據(jù)庫索引增1，指向下一個(gè)要處理的數(shù)據(jù)庫
current_db += 1
# 檢查數(shù)據(jù)庫鍵
for j in range(DEFAULT_KEY_NUMBERS):
# 如果數(shù)據(jù)庫中沒有一個(gè)鍵帶有過期時(shí)間，那么跳過這個(gè)數(shù)據(jù)庫
if redisDb.expires.size() == 0: break
# 隨機(jī)獲取一個(gè)帶有過期時(shí)間的鍵
key_with_ttl = redisDb.expires.get_random_key()
# 檢查鍵是否過期，如果過期就刪除它
if is_expired(key_with_ttl):
delete_key(key_with_ttl)
# 已達(dá)到時(shí)間上限，停止處理
if reach_time_limit(): return
activeExpireCycle函數(shù)的工作模式可以總結(jié)如下：
- 函數(shù)每次運(yùn)行時(shí)，都從一定數(shù)量的數(shù)據(jù)庫中取出一定數(shù)量的隨機(jī)鍵進(jìn)行檢查，并刪除其中的過期鍵。
- 全局變量current_db會記錄當(dāng)前activeExpireCycle函數(shù)檢查的進(jìn)度，并在下一次activeExpireCycle函數(shù)調(diào)用時(shí)，接著上一次的進(jìn)度進(jìn)行處理。比如說，如果當(dāng)前activeExpireCycle函數(shù)在遍歷10號數(shù)據(jù)庫時(shí)返回了，那么下次activeExpireCycle函數(shù)執(zhí)行時(shí)，將從11號數(shù)據(jù)庫開始查找并刪除過期鍵。
- 隨著activeExpireCycle函數(shù)的不斷執(zhí)行，服務(wù)器中的所有數(shù)據(jù)庫都會被檢查一遍，這時(shí)函數(shù)將current_db變量重置為0，然后再次開始新一輪的檢查工作。
AOF、RDB和復(fù)制功能對過期鍵的處理
生成RDB文件
在執(zhí)行SAVE命令或者BGSAVE命令創(chuàng)建一個(gè)新的RDB文件時(shí)，程序會對數(shù)據(jù)庫中的鍵進(jìn)行檢查，已過期的鍵不會被保存到新創(chuàng)建的RDB文件中。
例如，如果數(shù)據(jù)庫中包含三個(gè)鍵k1、k2、k3，并且k2已經(jīng)過期，那么當(dāng)執(zhí)行SAVE命令或者BGSAVE命令時(shí)，程序只會將k1和k3的數(shù)據(jù)保存到RDB文件中，而k2則會被忽略。
因此，數(shù)據(jù)庫中包含過期鍵不會對生成新的RDB文件造成影響。
載入RDB文件
在啟動Redis服務(wù)器時(shí)，如果服務(wù)器開啟了RDB功能，那么服務(wù)器將對RDB文件進(jìn)行載入：
- 如果服務(wù)器以主服務(wù)器模式運(yùn)行，那么在載入RDB文件時(shí)，程序會對文件中保存的鍵進(jìn)行檢查，未過期的鍵會被載入到數(shù)據(jù)庫中，而過期鍵則會被忽略，所以過期鍵對載入RDB文件的主服務(wù)器不會造成影響。
- 如果服務(wù)器以從服務(wù)器模式運(yùn)行，那么在載入RDB文件時(shí)，文件中保存的所有鍵，不論是否過期，都會被載入到數(shù)據(jù)庫中。不過，因?yàn)橹鲝姆?wù)器在進(jìn)行數(shù)據(jù)同步的時(shí)候，從服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫就會被清空，所以一般來講，過期鍵對載入RDB文件的從服務(wù)器也不會造成影響。
例如，如果數(shù)據(jù)庫中包含三個(gè)鍵k1、k2、k3，并且k2已經(jīng)過期，那么當(dāng)服務(wù)器啟動時(shí)：
- 如果服務(wù)器以主服務(wù)器模式運(yùn)行，那么程序只會將k1和k3載入到數(shù)據(jù)庫，k2會被忽略。
- 如果服務(wù)器以從服務(wù)器模式運(yùn)行，那么k1、k2和k3都會被載入到數(shù)據(jù)庫。
AOF文件寫入
當(dāng)服務(wù)器以AOF持久化模式運(yùn)行時(shí)，如果數(shù)據(jù)庫中的某個(gè)鍵已經(jīng)過期，但它還沒有被惰性刪除或者定期刪除，那么AOF文件不會因?yàn)檫@個(gè)過期鍵而產(chǎn)生任何影響。
當(dāng)過期鍵被惰性刪除或者定期刪除之后，程序會向AOF文件追加（append）一條DEL命令，來顯式地記錄該鍵已被刪除。
例如，如果客戶端使用GETmessage命令，試圖訪問過期的message鍵，那么服務(wù)器將執(zhí)行以下三個(gè)動作：
- 從數(shù)據(jù)庫中刪除message鍵。
- 追加一條DELmessage命令到AOF文件。
- 向執(zhí)行GET命令的客戶端返回空回復(fù)。
AOF文件重寫
和生成RDB文件時(shí)類似，在執(zhí)行AOF重寫的過程中，程序會對數(shù)據(jù)庫中的鍵進(jìn)行檢查，已過期的鍵不會被保存到重寫后的AOF文件中。
例如，如果數(shù)據(jù)庫中包含三個(gè)鍵k1、k2、k3，并且k2已經(jīng)過期，那么在進(jìn)行重寫工作時(shí)，程序只會對k1和k3進(jìn)行重寫，而k2則會被忽略。
因此，數(shù)據(jù)庫中包含過期鍵不會對AOF重寫造成影響。
Redis復(fù)制
當(dāng)服務(wù)器運(yùn)行在復(fù)制模式下時(shí)，從服務(wù)器的過期鍵刪除動作由主服務(wù)器控制：
- 主服務(wù)器在刪除一個(gè)過期鍵之后，會顯式地向所有從服務(wù)器發(fā)送一個(gè)DEL命令，告知從服務(wù)器刪除這個(gè)過期鍵。
- 從服務(wù)器在執(zhí)行客戶端發(fā)送的讀命令時(shí)，即使碰到過期鍵也不會將過期鍵刪除，而是繼續(xù)像處理未過期的鍵一樣來處理過期鍵。
- 從服務(wù)器只有在接到主服務(wù)器發(fā)來的DEL命令之后，才會刪除過期鍵。
通過由主服務(wù)器來控制從服務(wù)器統(tǒng)一地刪除過期鍵，可以保證主從服務(wù)器數(shù)據(jù)的一致性，也正是因?yàn)檫@個(gè)原因，當(dāng)一個(gè)過期鍵仍然存在于主服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫時(shí)，這個(gè)過期鍵在從服務(wù)器里的復(fù)制品也會繼續(xù)存在。
例如，有一對主從服務(wù)器，它們的數(shù)據(jù)庫中都保存著同樣的三個(gè)鍵alphabet、book和message，其中alphabet為過期鍵，如圖所示：
如果這時(shí)有客戶端向從服務(wù)器發(fā)送命令get alphabet，那么從服務(wù)器將發(fā)現(xiàn)alphabet鍵已經(jīng)過期，但從服務(wù)器并不會刪除alphabet鍵，而是繼續(xù)將alphabet鍵的值返回給客戶端，就好像alphabet鍵并沒有過期一樣，如圖所示：
假設(shè)在此之后，有客戶端向主服務(wù)器發(fā)送命令get alphabet，那么主服務(wù)器將發(fā)現(xiàn)鍵alphabet已經(jīng)過期：主服務(wù)器會刪除alphabet鍵，向客戶端返回空回復(fù)，并向從服務(wù)器發(fā)送del alphabet命令，如圖所示：
從服務(wù)器在接收到主服務(wù)器發(fā)來的del alphabet命令之后，也會從數(shù)據(jù)庫中刪除alphabet鍵，在這之后，主從服務(wù)器都不再保存過期鍵alphabet了，如圖所示：
總結(jié)
- expires字典的鍵指向數(shù)據(jù)庫中的某個(gè)鍵，而值則記錄了數(shù)據(jù)庫鍵的過期時(shí)間，過期時(shí)間是一個(gè)以毫秒為單位的UNIX時(shí)間戳。
- Redis使用惰性刪除和定期刪除兩種策略來刪除過期的鍵：惰性刪除策略只在碰到過期鍵時(shí)才進(jìn)行刪除操作，定期刪除策略則每隔一段時(shí)間主動查找并刪除過期鍵。
- 執(zhí)行SAVE命令或者BGSAVE命令所產(chǎn)生的新RDB文件不會包含已經(jīng)過期的鍵。
- 執(zhí)行BGREWRITEAOF命令所產(chǎn)生的重寫AOF文件不會包含已經(jīng)過期的鍵。
- 當(dāng)一個(gè)過期鍵被刪除之后，服務(wù)器會追加一條DEL命令到現(xiàn)有AOF文件的末尾，顯式地刪除過期鍵。
- 當(dāng)主服務(wù)器刪除一個(gè)過期鍵之后，它會向所有從服務(wù)器發(fā)送一條DEL命令，顯式地刪除過期鍵。
- 從服務(wù)器即使發(fā)現(xiàn)過期鍵也不會自作主張地刪除它，而是等待主節(jié)點(diǎn)發(fā)來DEL命令，這種統(tǒng)一、中心化的過期鍵刪除策略可以保證主從服務(wù)器數(shù)據(jù)的一致性。
