Redis过期机制下的多线程优化
Redis是一款高速的开源键值存储系统，它能在内存中操作数据，并可以定期将数据写入磁盘保存。其中过期键是一种自动过期的机制，可以保证Redis空间的合理利用。但是在高并发场景下，单线程的过期机制已经不能满足需求，需要通过使用多线程的方式来进行优化。
过期键的实现原理
Redis 的过期键是通过每个键设置一个过期时间，当 Redis 每一次对键的读写操作时会检查键的过期时间是否已到，若到达过期时间则自动删除该过期键。过期键并不是立刻删除，而是在 Redis 进行写操作时通过惰性删除算法进行删除。
懒惰删除算法（lazy deletion）是 Redis 用来处理过期键的一种算法，所有过期的键值对并不是立即删除，而是等到写操作执行时才会进行删除。这种算法的好处是避免了每秒钟进行一次 GC（垃圾回收）操作，可以减少 Redis 的 I/O 操作，同时避免 Redis 由于执行删除操作而带来的性能损失。
但是这种算法也有一些缺点，单线程模型下，若有大量的键过期，那么每当客户端执行写操作时，Redis 会逐个检查键是否过期，导致卡顿，这时候就需要多线程的来优化。
Redis多线程过期键的实现
使用多线程可以让过期键的处理变得更加高效。实现多线程的方式有很多种，可以选择使用JDK自带的ThreadPoolExecutor或者使用Quartz定时器的方式。
– 使用Java自带的ThreadPoolExecutor：
“` java
public class RedisExpireKeyThread implements Runnable{
public static final int THREAD_NUMBER = 5;
public void run() {
while (true) {
Jedis jedis = RedisPool.getConnection();
try {
ScanParams scanParams = new ScanParams().count(100);
String cursor = “0”;
do {
ScanResult scanResult = jedis.scan(cursor, scanParams);
List result = scanResult.getResult();
for (String key : result) {
//转换成字节数组
byte[] rawKey = SafeEncoder.encode(key);
if (jedis.exists(rawKey) && jedis.ttl(rawKey) == -1) {
jedis.expire(rawKey, 30);
}
}
cursor = scanResult.getStringCursor();
} while (!”0″.equals(cursor));
} catch (Exception e) {
// 异常处理
} finally {
RedisPool.returnConnection(jedis);
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
}
public class RedisExpireKeyManager {
private static ExecutorService executor = ThreadPoolExecutor.newFixedThreadPool(THREAD_NUMBER);
static {
for (int i = 0; i
RedisExpireKeyThread expireThread = new RedisExpireKeyThread();
Thread thread = new Thread(expireThread);
executor.submit(thread);
}
}
public static void shutDownTimeOutThread() {
executor.shutdown();
}
}
使用线程池来管理多个RedisExpireKeyThread，在实际使用中可以根据性能调试线程的数量。
- 使用Quartz定时器：
在 Quartz 定时器的使用中，我们可以通过创建一个 Job 来遍历 Redis 中所有的过期键，并在将其删除或者修改其 TTL 的方式来达到 passivate 的目的。
首先实现一个类实现 Quartz 的 Job 接口，为了保证可用性，我们对代码进行了完善：
``` java
public class RedisExpireKeyQuartzJob implements Job {
public void execute(JobExecutionContext context) throws JobExecutionException {
Jedis jedis = RedisPool.getConnection();
try {
ScanParams scanParams = new ScanParams().count(100);
String cursor = "0";
do {
ScanResult scanResult = jedis.scan(cursor, scanParams);
List result = scanResult.getResult();
for (String key : result) {
//转换成字节数组
byte[] rawKey = SafeEncoder.encode(key);
if (jedis.exists(rawKey) && jedis.ttl(rawKey) == -1) {
jedis.expire(rawKey, 30);
}
}
cursor = scanResult.getStringCursor();
} while (!"0".equals(cursor));
} catch (Exception e) {
// 警告 / 抛出异常
} finally {
RedisPool.returnConnection(jedis);
}
}
}
我们将执行 Redis 的操作封装进了 RedisExpireKeyQuartzJob 类之中。在 execute() 方法中与前面的 RedisExpireKeyThread 的实现没有区别，这里就不介绍了，直接看下面的主函数：
“` java
public static void mn(String[] args) {
try {
//创建scheduler
SchedulerFactory schedulerFactory = new StdSchedulerFactory();
Scheduler scheduler = schedulerFactory.getScheduler();
//创建任务
JobDetl jobDetl = JobBuilder.newJob(RedisExpireKeyQuartzJob.class).withIdentity(“RedisExpireKeyPassivator”, “RedisPassivateGroup”).build();
//创建每个10秒执行一次的定时器
Trigger trigger = TriggerBuilder.newTrigger().withIdentity(“redisExpireKeyTrigger”, “RedisPassivateGroup”).withSchedule(SimpleScheduleBuilder.simpleSchedule().withIntervalInSeconds(10).repeatForever()).build();
//将定时器和任务添加到 scheduler 中
scheduler.scheduleJob(jobDetl, trigger);
//启动Scheduler
scheduler.start();
} catch (Exception e) {
//警告/抛出异常
}
}
我们首先启动一个 Quartz 调度器，然后使用 JobBuilder 创建一个执行 Redis 过期键的 Job，并设置了 trigger，让 Job 每隔 10 秒钟执行一次。最后通过 scheduleJob 将其添加到调度器中，整个过程非常简单。
结语
以上就是 Redis 过期键实现的优化方案，从单线程过期机制到多线程过期机制可以大大提高 Redis 在并发场景下的处理负载能力。这两种实现方式均有优劣，可能需要根据具体的业务场景来选择。同时，在分布式场景下 Redis 过期键的处理也是一大难点，如果需要做部署方面的优化，可以考虑使用 Redis 集群方案。
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