Redis过期场景实现有效的自动清理（redis过期场景）

Redis过期场景：实现有效的自动清理

Redis是一种非关系型数据库，被广泛使用于缓存、计数器、消息队列等场景。在使用Redis时，为避免内存过度占用，我们需要对数据进行过期删除，即当数据过期后，Redis自动将其删除。本文将介绍如何实现有效的自动清理Redis过期数据。

一、Redis过期策略

Redis提供了2种过期策略：定时删除和惰性删除。

1. 定时删除

定时删除是指Redis在设置键的过期时间时，同时创建一个定时器，到达过期时间时，由定时器主动清除。

该过期策略优点是及时删除过期键，不会出现过期键占用内存的问题。但定时删除需要在每个键上创建一个定时器，在键数较多时，会增加CPU压力，影响Redis响应速度。

2. 惰性删除

惰性删除是指Redis在访问键时，首先检查键是否过期，如果过期则删除，否则继续访问。

该过期策略优点是不需要为每个键创建定时器，避免了CPU压力。但这也意味着过期键只有在访问时才删除，如果没有被访问到，则一直占用内存，直到过期策略生效。

二、Redis过期实现方式

实现Redis过期需要用到Redis提供的过期机制：为键设置过期时间，到达过期时间时，Redis将自动删除键。

我们需要为需要设置过期时间的键创建定时器，并将其添加到Redis过期时间字典中。定时器主要由Redis server.c中的expireIfNeeded函数实现。

void expireIfNeeded(redisDb *db, robj *key) {
    // 1. 获取键的过期时间
    mstime_t when = getExpire(db,key);
    if (when 
    if (when 
        // 2. 删除过期键
        deleteKey(db,key);
    } else {
        // 3. 将过期键添加到过期时间字典中
        if (activeExpireEnabled()) 
            dictAdd(db->expires,key,(void*)when);
    }
}

在Redis server.c中，expireIfNeeded函数被调用的地方主要有两处：键值操作命令和定时器从定时器表中移除。

键值操作命令会调用lookupKey和expireIfNeeded函数，获取键的过期时间并添加到过期时间字典中；同时，当键值操作命令执行完毕后，还需要调用activeExpireCycle函数，扫描过期时间字典，并删除过期键。

int expireIfNeeded(redisDb *db, robj *key) {
    if (expireIfNeededByType(db, key, getExpire(db, key), ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_LOOKUPS_PER_LOOP) == 1)
        return 1;
    return 0;
}
void activeExpireCycle(void) {
    int j;
    dictEntry *de;
    // 1. 记录扫描次数
    long long now = mstime();
    server.expire_cursor = (server.expire_cursor+1) % ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_SLOW_TICKS_PER_FAST;
    if (server.expire_cursor == 0) server.current_tick = getLRUClock();
    // 2. 计算随机值
    int samples = server.active_expire_cycle_lookups_per_tick;
    if (dictSize(server.db[0]->expires) 
        samples = dictSize(server.db[0]->expires);
    // 3. 遍历过期时间字典，删除过期键
    while(samples--) {
        de = dictGetRandomKey(server.db[0]->expires);
        if (!de) break;
        robj *key = dictGetKey(de);
        if (lookupKey(server.db[0], key) != NULL) {
            time_t t;
            // 4. 获取键的过期时间
            mstime_t when = (time_t) dictGetVal(de);
            // 5. 随机清除过期键
            if (when 
                server.stat_expiredkeys++;
                activeExpireCycleTryExpire(&t, key, de);
                // 6. 记录删除操作
                server.dirty++;
                /* always re-hash here */
                signalModifiedKey(NULL,key);
                notifyKeyspaceEvent(NOTIFY_GENERIC,"expired",key,server.dbnum);
                // 7. 如果删除的键为AOF未记录的键，则在AOF文件中记录删除命令
                if (server.aof_state != AOF_OFF)
                    feedAppendOnlyFile(server.delCommand,server.dbnum,&key,1);
            }
        }
    }
}

三、 Redis过期场景

1. 缓存清理

在进行缓存设计时，我们通常将最近使用的数据缓存下来，以提升系统读取速度。但当缓存中的数据过期时，需要及时清除，否则会出现内存占用过多的问题。因此，我们需要使用Redis的过期机制，设置过期时间，在过期时间到达后，Redis自动清除过期数据。

// 存入缓存数据，并设定过期时间
redisTemplate.opsForValue().set("cache_key", "cache_value", 1, TimeUnit.MINUTES);
// 获取缓存数据
String cacheValue = redisTemplate.opsForValue().get("cache_key");

2. 分布式锁自动释放

在分布式应用场景中，我们通常使用分布式锁来避免多个线程访问共享资源的问题。但当某个线程因为服务器故障或异常退出时，分布式锁需要自动释放，否则会导致死锁等问题。因此，我们可以使用Redis的过期机制，为分布式锁添加过期时间，当分布式锁过期时，Redis自动释放分布式锁。

// 获取分布式锁
Boolean locked = redisTemplate.execute(
    new RedisCallback() {
        @Override
        public Boolean doInRedis(RedisConnection redisConnection) throws DataAccessException {
            // SETNX命令: 尝试获取分布式锁
            Boolean locked = redisConnection.setNX("my_lock".getBytes(), "true".getBytes());
            if (locked) {
                // 当获取到锁后，为锁添加过期时间60秒
                redisConnection.expire("my_lock".getBytes(), 60);
            }
            return locked;
        }
    }
);

四、总结

Redis的过期机制可以在数据过期时自动清除，避免了手动清除过期数据的烦恼。在实际应用中，我们需要选择合适的过期策略，并根据实际场景对Redis过期策略进行调优。同时，我们也需要注意分布式锁的自动释放问题，避免死锁等问题。

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