Redis键过期策略深度剖析：惰性删除与定期删除的完美平衡
在Redis中，key过期后并不会立即被删除。因为Redis采用了一种结合惰性删除和定期删除的混合策略来清理过期的key,这是为了在内存占用和CPU消耗之间取得平衡。
1. 过期键的删除策略
Redis 并非采用实时删除策略，而是通过以下两种方式协同工作来清理过期键。
1.1 惰性删除
这是一种被动删除策略，其核心原则是：只有在访问一个键时，才去检查并删除它
- 触发时机：当任何命令尝试访问一个键时(如Get ,HGET,EXISTS等)，Redis 会首先检查该键是否设置了过期时间以及是否已过期
- 执行流程：
- 接收客户端对键mykey的访问请求
- 检查mykey是否设置了TTL且当前时间>过期时间戳
- 如果已过期，则立即删除该键，并模拟该键不存在的行为
- 如果未过期或者未设置TTL，则正常执行命令
- 优点：对CPU优化，因为删除操作只发生在实际被访问的键上，不会永远不会被访问的过期键消耗计算资源
- 缺点：对内存不友好。如果一个键过期后一致无人访问，它将永远占据内存控件，导致内存泄漏，直到被后续的某种机制删除
1.2 定期删除
这是一种主动删除策略 ，旨在弥补惰性删除的不足。Redis会定期地随机测试和删除一部分过期Key
- 触发时机：由Redis的hz配置参数控制的后台任务周期性执行。默认情况下，Redis每秒执行10次(hz 10)
- 执行流程(每次定期删除循环)
- 随机采样：从设置了过期的时间的键的集合中，随机抽取一定数量的键(由ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_LOOKUPS_FER_LOOP定义，通常为20)
- 检查并删除：检查所有被抽中的键，并立即删除其中已过期的键
- 循环事件：如果在本轮采样中，发现超过25%的键已过期，则Redis会认为当前内存中存在大量的过期键，并立即重复步骤1，再次进行采样和删除，直到过期键的比例低于25%或超出时间限制，以防止循环过度占用CPU。
- 优点：通过周期性扫描，减少了因大量过期键无人访问而造成的内存浪费
- 缺点：需要精细调整采样频率和数量。如果设置过于激进，会占用过多CPU，影响正常请求的响应
2. 内存不足时的后被策略：内存淘汰
当Redis实例使用的内存超过maxmemory限制时，会触发内存淘汰限制。这是确保Redis不会因为内存耗尽而崩溃的最后防线。
- 触发条件：used_memory>maxmemory
- 策略配置：通过maxmory-policy参数指定，常见的策略包括：
volatile-lru/allkeys-lru：使用 LRU 算法淘汰设置了 TTL 的键 / 所有键。volatile-ttl：优先淘汰 TTL 较小的键。volatile-random/allkeys-random：随机淘汰。noeviction（默认）：不淘汰，拒绝所有会增加内存使用的写入命令。
- 重点：内存淘汰时独立于过期删除的机制。即使一个键尚未过期， 也可能因为内存不足而被淘汰。
3. 对持久化和复制的影响
3.1 RDB持久化
- 创建RDB快照时：已过期的键不会被写入到RDB文件中
- 从RDB文件恢复时：
- 如果Redis以主节点模式运行，它会加载所有数据，并在加载过程中检查过期键
- 如果Redis以从节点模式运行，它会加载所有数据，无论是否过期。因为过期决策应用主节点统一管理，从节点通过主节点的DEL命令同步来删除键
3.2 AOF 持久化
- AOF 文件写入：当一个键因过期被惰性删除或定期删除后，Redis会向AOF文件末追加一条DEL命令，以记录该删除操作
- AOF重写：在重写过程中，类似于RDB，已过期的键不会被写入到新的AOF文件中
3.3 复制模式
在主从复制架构下，从节点不会主动触发定期删除。删除过期键的责任完全由主节点承担：
- 主节点在删除过一个过期键后，会显示地向所有从节点发送一个DEL命令
- 从节点只有收到主节点的DEL命令后，才会删除该键
- 这种中心化的设计保证了主从数据的一致性
4. 监控与最佳实践
4.1 监控指标
使用INFO命令查看过期键的相关统计信息
redis-cli info stats | grep expired_keys
- expired_keys:自Redis启动依赖，被删除的过期键总数
4.2 最佳实践
- 避免大量键同时过期：例如，如果使用缓存，不要再相同的秒级时间点让大量键过期 。可以为过期时间添加一个随即偏移量，如EXPIRE KEY 3600+rand(0,300),将过期时间打散。
- 理解内存占用：意识到惰性删除可能导致“内存看似已用满，但实际包含大量过期键”的情况。定期删除和内存淘汰时应对这种情况的保障。
- 合理配置maxmemory-policy：根据业务重要性，选择是淘汰volatile键还是allkeys。对于缓存场景，allkeys-lru通常是安全的选择
- 谨慎调整hz参数：除非你明确了大量过期键对业务的影响，并且监控到定期删除不及时，否则不建议轻易调高hz值，因为这会增加Redis的CPU开销。
总结
Redis的键过期处理是一个精心设计的权衡方案，它通过惰性删除保证CPU效率，通过定期删除减少内存浪费。理解这一机制对于正确评估Redis的内存使用情况、配置合理的过期策略以及诊断相关产生问题至关重要。从过期键到被实际回收之间存在一个时间窗口，并据此设计应用程序。