Redis詳解(十一)—— 過期刪除策略和內存淘汰策略_網頁設計公司

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  在介紹這篇文章之前,我們先來看如下幾個問題:

  ①、如何設置Redis鍵的過期時間?

  ②、設置完一個鍵的過期時間后,到了這個時間,這個鍵還能獲取到么?假如獲取不到那這個鍵還佔據着內存嗎?

  ③、如何設置Redis的內存大小?當內存滿了之後,Redis有哪些內存淘汰策略?我們又該如何選擇?

  如果上面的幾個問題你都懂,那麼下面的內容你就不用看了;如果你不是很懂,那就帶着這些問題往下看。

1、設置Redis鍵過期時間

  Redis提供了四個命令來設置過期時間(生存時間)。

  ①、EXPIRE <key> <ttl> :表示將鍵 key 的生存時間設置為 ttl 秒。

  ②、PEXPIRE <key> <ttl> :表示將鍵 key 的生存時間設置為 ttl 毫秒。

  ③、EXPIREAT <key> <timestamp> :表示將鍵 key 的生存時間設置為 timestamp 所指定的秒數時間戳。

  ④、PEXPIREAT <key> <timestamp> :表示將鍵 key 的生存時間設置為 timestamp 所指定的毫秒數時間戳。

  PS:在Redis內部實現中,前面三個設置過期時間的命令最後都會轉換成最後一個PEXPIREAT 命令來完成。

  另外補充兩個知識點:

  一、移除鍵的過期時間

  PERSIST <key> :表示將key的過期時間移除。

  二、返回鍵的剩餘生存時間

  TTL <key> :以秒的單位返回鍵 key 的剩餘生存時間。

  PTTL <key> :以毫秒的單位返回鍵 key 的剩餘生存時間。

2、Redis過期時間的判定

  在Redis內部,每當我們設置一個鍵的過期時間時,Redis就會將該鍵帶上過期時間存放到一個過期字典中。當我們查詢一個鍵時,Redis便首先檢查該鍵是否存在過期字典中,如果存在,那就獲取其過期時間。然後將過期時間和當前系統時間進行比對,比系統時間大,那就沒有過期;反之判定該鍵過期。

3、過期刪除策略

  通常刪除某個key,我們有如下三種方式進行處理。

①、定時刪除

  在設置某個key 的過期時間同時,我們創建一個定時器,讓定時器在該過期時間到來時,立即執行對其進行刪除的操作。

  優點:定時刪除對內存是最友好的,能夠保存內存的key一旦過期就能立即從內存中刪除。

  缺點:對CPU最不友好,在過期鍵比較多的時候,刪除過期鍵會佔用一部分 CPU 時間,對服務器的響應時間和吞吐量造成影響。

②、惰性刪除

  設置該key 過期時間后,我們不去管它,當需要該key時,我們在檢查其是否過期,如果過期,我們就刪掉它,反之返回該key。

  優點:對 CPU友好,我們只會在使用該鍵時才會進行過期檢查,對於很多用不到的key不用浪費時間進行過期檢查。

  缺點:對內存不友好,如果一個鍵已經過期,但是一直沒有使用,那麼該鍵就會一直存在內存中,如果數據庫中有很多這種使用不到的過期鍵,這些鍵便永遠不會被刪除,內存永遠不會釋放。從而造成內存泄漏。

③、定期刪除

  每隔一段時間,我們就對一些key進行檢查,刪除裏面過期的key。

  優點:可以通過限制刪除操作執行的時長和頻率來減少刪除操作對 CPU 的影響。另外定期刪除,也能有效釋放過期鍵佔用的內存。

  缺點:難以確定刪除操作執行的時長和頻率。

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     如果執行的太頻繁,定期刪除策略變得和定時刪除策略一樣,對CPU不友好。

     如果執行的太少,那又和惰性刪除一樣了,過期鍵佔用的內存不會及時得到釋放。

     另外最重要的是,在獲取某個鍵時,如果某個鍵的過期時間已經到了,但是還沒執行定期刪除,那麼就會返回這個鍵的值,這是業務不能忍受的錯誤。

4、Redis過期刪除策略

  前面討論了刪除過期鍵的三種策略,發現單一使用某一策略都不能滿足實際需求,聰明的你可能想到了,既然單一策略不能滿足,那就組合來使用吧。

  沒錯,Redis的過期刪除策略就是:惰性刪除和定期刪除兩種策略配合使用。

  惰性刪除:Redis的惰性刪除策略由 db.c/expireIfNeeded 函數實現,所有鍵讀寫命令執行之前都會調用 expireIfNeeded 函數對其進行檢查,如果過期,則刪除該鍵,然後執行鍵不存在的操作;未過期則不作操作,繼續執行原有的命令。

  定期刪除:由redis.c/activeExpireCycle 函數實現,函數以一定的頻率運行,每次運行時,都從一定數量的數據庫中取出一定數量的隨機鍵進行檢查,並刪除其中的過期鍵。

  注意:並不是一次運行就檢查所有的庫,所有的鍵,而是隨機檢查一定數量的鍵。

  定期刪除函數的運行頻率,在Redis2.6版本中,規定每秒運行10次,大概100ms運行一次。在Redis2.8版本后,可以通過修改配置文件redis.conf 的 hz 選項來調整這個次數。

  

 

  看上面對這個參數的解釋,建議不要將這個值設置超過 100,否則會對CPU造成比較大的壓力。

  我們看到,通過過期刪除策略,對於某些永遠使用不到的鍵,並且多次定期刪除也沒選定到並刪除,那麼這些鍵同樣會一直駐留在內存中,又或者在Redis中存入了大量的鍵,這些操作可能會導致Redis內存不夠用,這時候就需要Redis的內存淘汰策略了。

5、內存淘汰策略

①、設置Redis最大內存

  在配置文件redis.conf 中,可以通過參數 maxmemory <bytes> 來設定最大內存:

  

  不設定該參數默認是無限制的,但是通常會設定其為物理內存的四分之三。(這裡有個疑惑:為啥作者不考慮將此參數設定為百分比呢?)

②、設置內存淘汰方式

  當現有內存大於 maxmemory 時,便會觸發redis主動淘汰內存方式,通過設置 maxmemory-policy ,有如下幾種淘汰方式:

  1)volatile-lru   利用LRU算法移除設置過過期時間的key (LRU:最近使用 Least Recently Used ) 。

  2)allkeys-lru   利用LRU算法移除任何key (和上一個相比,刪除的key包括設置過期時間和不設置過期時間的)。通常使用該方式

  3)volatile-random 移除設置過過期時間的隨機key 。

  4)allkeys-random  無差別的隨機移除。

  5)volatile-ttl   移除即將過期的key(minor TTL) 

  6)noeviction 不移除任何key,只是返回一個寫錯誤 ,默認選項,一般不會選用。

  在redis.conf 配置文件中,可以設置淘汰方式:

  

6、總結

  通過上面的介紹,相信大家對Redis的過期數據刪除策略和內存淘汰策略有一定的了解了。這裏總結一下:

  Redis過期刪除策略是採用惰性刪除和定期刪除這兩種方式組合進行的,惰性刪除能夠保證過期的數據我們在獲取時一定獲取不到,而定期刪除設置合適的頻率,則可以保證無效的數據及時得到釋放,而不會一直佔用內存數據。

  但是我們說Redis是部署在物理機上的,內存不可能無限擴充的,當內存達到我們設定的界限后,便自動觸發Redis內存淘汰策略,而具體的策略方式要根據實際業務情況進行選取。

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