追求极致Redis的过期效率优化（redis 过期效率）

Redis是一款高性能的键值存储，广泛应用于缓存、消息发布/订阅、计数器、分布式锁等场景。其中，过期键的自动删除是Redis中一个重要的功能。过期键是指设置了过期时间的键，一旦过期时间到了，Redis会自动删除该键。对于一些常用的场景，如缓存，过期时间一般设置为几秒到几分钟，而对于一些需要长期保存数据的场景，可以将过期时间设置为非常大的值，例如30天。

虽然Redis可以设置过期时间，但是实际上过期键的删除并不是实时的，而是通过Redis内部的定时器进行轮询，每秒钟删除一定数量的过期键。在高并发场景下，这种轮询删除方式的性能显然很低，可能会造成Redis服务器的性能瓶颈。

为了追求更高的性能和更高的稳定性，Redis社区针对这一问题进行了不断的优化。本文将介绍一些Redis过期效率优化的方法，以期更好地利用Redis服务器的性能。

1. 惰性删除

惰性删除是Redis删除过期键的默认方式，它的原理是只有在访问键时，Redis才会检查该键是否过期，如果过期就删除。惰性删除的优点是对过期键的删除成本较低，只有在使用key时才检查过期，在空线程期间不需要计算占用的CPU，节省了系统开销。此外，惰性删除还可以避免一些缓存雪崩的情况。

不过，惰性删除也存在一些缺点，例如过期键在使用之前不会被自动删除，可能会导致内存占用过高，特别是在一段时间内没有使用后，大量的过期键就会占据宝贵的内存空间，影响Redis服务器的性能。

2. 定期删除

Redis也提供了定期删除过期键的方式，即定期执行一次过期键清理操作，定期删除可以显著减少惰性删除带来的内存占用问题。定期删除在处理过期键时采用惰性删除的方式，也就是说，在虚拟内存不足或者系统高负载的情况下，不进行删除操作。

Redis的定期删除是实现过期键删除的一种方式，它通过一个定时器触发清理操作，定期遍历所有的键，找出过期的键进行删除。定期删除在适当的情况下使用可以避免惰性删除的缺陷，且在系统压力较低的情况下对性能损失较小。但是在系统负载高的情况下，定期删除可能会成为系统性能负担的重要源头。

3. 渐进式过期删除

为了避免上述问题，Redis社区提出了一种新的思路：渐进式过期删除。渐进式过期删除可以看作是惰性删除和定期删除的结合，它首先将过期键放入到一个专门的删除队列中，然后程序每次按照一定比例将队列中的过期键删除。通过这种方式，Redis可以有效地控制过期键的删除量，避免长时间空闲导致系统瞬时响应性的下降。渐进式过期删除需要占用一定内存空间，但是在可以接受的范围内。

渐进式过期删除的实现需要遵循两个原则：

– 异步删除：在渐进式过期删除的过程中，过期键的删除是异步进行的。当Redis服务器的CPU负载较高时，过期键的删除任务会随机分散到不同的CPU处理器上，避免出现单一线程的瓶颈。

– 自适应删除：渐进式过期删除会根据Redis服务器当前的负载情况来自适应地调整过期键的删除并发度，确保删除效果最大化。

4. 过期键懒惰删除与渐进式过期删除的比较

简单来说，惰性删除是在处理请求时检查过期键是否需要删除；而渐进式过期删除则是通过删除队列定期删除过期键。这两种过期删除的主要区别在于：

– 惰性删除会导致内存中存在大量的过期键，而渐进式过期删除会在一定范围内控制过期键的数量。

– 惰性删除的过期键删除是不确定的，而渐进式过期删除是可以预测的。

针对不同的Redis应用场景，我们可以选择适合自己的过期删除策略，以更好地利用Redis的性能。如果应用场景中过期键占用较多内存空间，我们可以选择定期删除或者渐进式过期删除。如果空间占用较小、性能要求较高，我们可以选择惰性删除的方式。

让我们来看一下Redis中关于过期键的TTL和PTTL命令。

TTL命令返回指定key的剩余生存时间，单位为秒。当key不存在或者已过期时，TTL返回-2；当key存在但没有设置过期时间时，TTL返回-1。可以利用TTL命令获取某个key的剩余生存时间。

PTTL命令与TTL命令类似，不同之处在于返回的时间是毫秒为单位的。当key不存在或者已过期时，PTTL返回-2；当key存在但没有设置过期时间时，PTTL返回-1。可以利用PTTL命令获取某个key的剩余生存时间，便于我们判断键是否过期。