实现Redis多线程过期策略（redis过期多线程）

实现Redis多线程过期策略

在Redis中，过期策略是清除过期键值对的重要机制。默认情况下，Redis使用单线程遍历过期键，这可能会导致性能瓶颈。为了解决这个问题，我们可以实现Redis多线程过期策略。

原理

实现Redis多线程过期策略的核心思想是将过期键分配给多个线程进行处理。每个线程维护自己的过期键列表，并在定期间隔后遍历列表并删除过期键。这样可以利用多线程处理过期键，提高Redis的清除效率。

过期键维护

我们需要实现一个过期键维护模块，即将Redis中的键值对加入到过期列表中，并提供遍历列表和删除过期键的函数。

#include 
#include "dict.h"

#define EXPIRE_ONE_TIMES 30 // 遍历过期列表的时间间隔，单位为秒

typedef struct expireEntry {
  void *key;
  time_t expireTime;
  struct expireEntry *next;
} expireEntry;

typedef struct {
  dict *expireDict; // 维护过期键的字典
  expireEntry *head; // 过期列表头节点
  expireEntry *tl; // 过期列表尾节点
  pthread_mutex_t lock; // 多线程安全的互斥锁
} expireList;
expireList *createExpireList() {
  expireList *expList = malloc(sizeof(*expList));
  expList->expireDict = dictCreate(&stringTableDictType, NULL);
  expList->head = NULL;
  expList->tl = NULL;
  pthread_mutex_init(&expList->lock, NULL);
  return expList;
}
void addExpireEntry(expireList *expList, void *key, time_t expireTime) {
  expireEntry *entry = malloc(sizeof(*entry));
  entry->key = key;
  entry->expireTime = expireTime;
  entry->next = NULL;
  dictAdd(expList->expireDict, key, entry);
  // 将过期键添加到过期列表中
  pthread_mutex_lock(&expList->lock);
  if (expList->tl) {
    expList->tl->next = entry;
    expList->tl = entry;
  } else {
    expList->head = expList->tl = entry;
  }
  pthread_mutex_unlock(&expList->lock);
}
void deleteExpireEntry(expireList *expList, void *key) {
  expireEntry *entry = dictFetchValue(expList->expireDict, key);
  if (entry) {
    dictDelete(expList->expireDict, key);
    // 从过期列表中删除过期键
    pthread_mutex_lock(&expList->lock);
    if (expList->head == entry) {
      expList->head = entry->next;
    }
    if (expList->tl == entry) {
      expList->tl = NULL;
    }
    if (entry->next) {
      entry->next = entry->next->next;
    }
    pthread_mutex_unlock(&expList->lock);
    free(entry);
  }
}

expireEntry *getExpireListHead(expireList *expList) {
  return expList->head;
}

过期处理

接下来，我们需要把过期键列表交给多个线程处理。在每个线程中，遍历本地过期键列表，并删除过期键。需要注意的是，在删除时，需要同时删除过期键的字典条目和过期列表节点。以下是线程函数的实现。

void *expireThread(void *arg) {
  expireList *expList = arg;
  while (1) {
    sleep(EXPIRE_ONE_TIMES);
    time_t now = time(NULL);
    expireEntry *prev = NULL;
    expireEntry *entry = getExpireListHead(expList);
    while (entry) {
      if (entry->expireTime 
        dictDelete(expList->expireDict, entry->key);
        if (prev) {
          prev->next = entry->next;
        } else {
          expList->head = entry->next;
        }
        if (!entry->next) {
          expList->tl = prev;
        }
        free(entry);
        printf("[Redis] Expire Thread: key %s expired.\n", entry->key);
      } else {
        prev = entry;
      }
      entry = entry->next;
    }
  }
  return NULL;
}

在Redis启动时，我们需要创建多个处理过期的线程，并将过期键添加到过期键列表中。以下是示例代码。

#define THREADS_NUMBER 2 // 设置线程数量
// ...
expireList *expList = createExpireList();
pthread_t threads[THREADS_NUMBER];
for (int i = 0; i 
  pthread_create(&threads[i], NULL, expireThread, expList);
}
// ...

总结

通过使用多线程过期策略，我们可以提高Redis的并发性和清除效率。需要注意的是，过期键列表的维护需要实现多线程安全，避免出现并发错误。同时，在线程函数中，需要使用时间戳判断是否过期，而不是在Redis中使用的精确过期时间。

完整代码

以下是实现了多线程过期策略的Redis代码。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include "server.h"
#include "object.h"
#include "t_string.h"
#include "dict.h"
#define THREADS_NUMBER 2 // 设置线程数量
#define EXPIRE_ONE_TIMES 30 // 遍历过期列表的时间间隔，单位为秒
typedef struct expireEntry {
  void *key;
  time_t expireTime;
  struct expireEntry *next;
} expireEntry;

typedef struct {
  dict *expireDict; // 维护过期键的字典
  expireEntry *head; // 过期列表头节点
  expireEntry *tl; // 过期列表尾节点
  pthread_mutex_t lock; // 多线程安全的互斥锁
} expireList;
expireList *createExpireList() {
  expireList *expList = malloc(sizeof(*expList));
  expList->expireDict = dictCreate(&stringTableDictType, NULL);
  expList->head = NULL;
  expList->tl = NULL;
  pthread_mutex_init(&expList->lock, NULL);
  return expList;
}
void addExpireEntry(expireList *expList, void *key, time_t expireTime) {
  expireEntry *entry = malloc(sizeof(*entry));
  entry->key = key;
  entry->expireTime = expireTime;
  entry->next = NULL;
  dictAdd(expList->expireDict, key, entry);
  // 将过期键添加到过期列表中
  pthread_mutex_lock(&expList->lock);
  if (expList->tl) {
    expList->tl->next = entry;
    expList->tl = entry;
  } else {
    expList->head = expList->tl = entry;
  }
  pthread_mutex_unlock(&expList->lock);
}
void deleteExpireEntry(expireList *expList, void *key) {
  expireEntry *entry = dictFetchValue(expList->expireDict, key);
  if (entry) {
    dictDelete(expList->expireDict, key);
    // 从过期列表中删除过期键
    pthread_mutex_lock(&expList->lock);
    if (expList->head == entry) {
      expList->head = entry->next;
    }
    if (expList->tl == entry) {
      expList->tl = NULL;
    }
    if (entry->next) {
      entry->next = entry->next->next;
    }
    pthread_mutex_unlock(&expList->lock);
    free(entry);
  }
}

expireEntry *getExpireListHead(expireList *expList) {
  return expList->head;
}

void *expireThread(void *arg) {
  expireList *expList = arg;
  while (1) {
    sleep(EXPIRE_ONE_TIMES);
    time_t now = time(NULL);
    expireEntry *prev = NULL;
    expireEntry *entry = getExpireListHead(expList);
    while (entry) {
      if (entry->expireTime 
        dictDelete(expList->expireDict, entry->key);
        if (prev) {
          prev->next = entry->next;
        } else {
          expList->head = entry->next;
        }
        if (!entry->next) {
          expList->tl = prev;
        }
        free(entry);
        printf("[Redis] Expire Thread: key %s expired.\n", entry->key);
      } else {