本篇博客是Redis系列的第5篇，主要講解下Redis的過期鍵刪除策略。
本系列的前4篇可以點擊以下鏈接查看：
Redis系列(三)：Redis的持久化機制(RDB、AOF)
划重點：Redis的過期鍵刪除策略也是面試中經常會被問的，我最近面試，被問到了好幾次。
對於Redis服務器來說，內存資源非常寶貴，如果一些過期鍵一直不被刪除，就會造成資源浪費，
因此我們需要考慮一個問題：如果一個鍵過期了，它什么時候會被刪除呢？
1. 常見的刪除策略
常見的刪除策略有以下3種：
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定時刪除
在設置鍵的過期時間的同時，創建一個定時器，讓定時器在鍵的過期時間來臨時，立即執行對鍵的刪除操作。
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惰性刪除
放任過期鍵不管，每次從鍵空間中獲取鍵時，檢查該鍵是否過期，如果過期，就刪除該鍵，如果沒有過期，就返回該鍵。
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定期刪除
每隔一段時間，程序對數據庫進行一次檢查，刪除里面的過期鍵，至於要刪除哪些數據庫的哪些過期鍵，則由算法決定。
其中定時刪除和定期刪除為主動刪除策略，惰性刪除為被動刪除策略。
接下來我們一一講解。
1.1 定時刪除策略
定時刪除策略通過使用定時器，定時刪除策略可以保證過期鍵盡可能快地被刪除，並釋放過期鍵占用的內存。
因此，定時刪除策略的優缺點如下所示：
- 優點：對內存非常友好
- 缺點：對CPU時間非常不友好
舉個例子，如果有大量的命令請求等待服務器處理，並且服務器當前不缺少內存，如果服務器將大量的CPU時間用來刪除過期鍵，那么服務器的響應時間和吞吐量就會受到影響。
也就是說，如果服務器創建大量的定時器，服務器處理命令請求的性能就會降低，
因此Redis目前並沒有使用定時刪除策略。
1.2 惰性刪除策略
惰性刪除策略只會在獲取鍵時才對鍵進行過期檢查，不會在刪除其它無關的過期鍵花費過多的CPU時間。
因此，惰性刪除策略的優缺點如下所示：
- 優點：對CPU時間非常友好
- 缺點：對內存非常不友好
舉個例子，如果數據庫有很多的過期鍵，而這些過期鍵又恰好一直沒有被訪問到，那這些過期鍵就會一直占用着寶貴的內存資源，造成資源浪費。
1.3 定期刪除策略
定期刪除策略是定時刪除策略和惰性刪除策略的一種整合折中方案。
定期刪除策略每隔一段時間執行一次刪除過期鍵操作，並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時間的影響，同時，通過定期刪除過期鍵，也有效地減少了因為過期鍵而帶來的內存浪費。
2. Redis使用的過期鍵刪除策略
Redis服務器使用的是惰性刪除策略和定期刪除策略。
2.1 惰性刪除策略的實現
過期鍵的惰性刪除策略由expireIfNeeded函數實現，所有讀寫數據庫的Redis命令在執行之前都會調用expireIfNeeded函數對輸入鍵進行檢查：
- 如果輸入鍵已經過期，那么將輸入鍵從數據庫中刪除
- 如果輸入鍵未過期，那么不做任何處理
以上描述可以使用如下流程圖表示：
2.2 定期刪除策略的實現
過期鍵的定期刪除策略由activeExpireCycle函數實現，每當Redis服務器的周期性操作serverCron函數執行時，activeExpireCycle函數就會被調用，它在規定的時間內，分多次遍歷服務器中的各個數據庫，從數據庫的expires字典中隨機檢查一部分鍵的過期時間，並刪除其中的過期鍵。
activeExpireCycle函數的大體流程為：
函數每次運行時，都從一定數量的數據庫中隨機取出一定數量的鍵進行檢查，並刪除其中的過期鍵，比如先從0號數據庫開始檢查，下次函數運行時，可能就是從1號數據庫開始檢查，直到15號數據庫檢查完畢，又重新從0號數據庫開始檢查，這樣可以保證每個數據庫都被檢查到。
划重點：
- 關於定期刪除的大體流程，最近面試時有被問道，我就是按上述描述回答的。
- 可能有的面試官還會問，每次隨機刪除哪些key呢？可以提下LRU算法（Least Recently Used 最近最少使用），一般不會再細問，不過有興趣的同學可以深入研究下。
3. RDB對過期鍵的處理
3.1 生成RDB文件
在執行SAVE命令或者BGSAVE命令創建一個新的RDB文件時，程序會對數據庫中的鍵進行檢查，已過期的鍵不會被保存到新創建的RDB文件中。
舉個例子，如果數據庫中包含3個鍵k1、k2、k3，並且k2已經過期，那么創建新的RDB文件時，程序只會將k1和k3保存到RDB文件中，k2則會被忽略。
3.2 載入RDB文件
在啟動Redis服務器時，如果服務器只開啟了RDB持久化，那么服務器將會載入RDB文件：
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如果服務器以主服務器模式運行，在載入RDB文件時，程序會對文件中保存的鍵進行檢查，未過期的鍵會被載入到數據庫中，過期鍵會被忽略。
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如果服務器以從服務器模式運行，在載入RDB文件時，文件中保存的所有鍵，不論是否過期，都會被載入到數據庫中。
因為主從服務器在進行數據同步（完整重同步）的時候，從服務器的數據庫會被清空，所以一般情況下，過期鍵對載入RDB文件的從服務器不會造成影響。
4. AOF對過期鍵的處理
4.1 AOF文件寫入
如果數據庫中的某個鍵已經過期，並且服務器開啟了AOF持久化功能，當過期鍵被惰性刪除或者定期刪除后，程序會向AOF文件追加一條DEL命令，顯式記錄該鍵已被刪除。
舉個例子，如果客戶端執行命令GET message訪問已經過期的message鍵，那么服務器將執行以下3個動作：
- 從數據庫中刪除message鍵
- 追加一條
DEL message命令到AOF文件 - 向執行
GET message命令的客戶端返回空回復
4.2 AOF文件重寫
在執行AOF文件重寫時，程序會對數據庫中的鍵進行檢查，已過期的鍵不會被保存到重寫后的AOF文件中。
5. 復制功能對過期鍵的處理
在主從復制模式下，從服務器的過期鍵刪除動作由主服務器控制：
- 主服務器在刪除一個過期鍵后，會顯式地向所有從服務器發送一個DEL命令，告知從服務器刪除這個過期鍵。
- 從服務器在執行客戶端發送的讀命令時，即使發現該鍵已過期也不會刪除該鍵，照常返回該鍵的值。
- 從服務器只有接收到主服務器發送的DEL命令后，才會刪除過期鍵。
6. 源碼及參考
黃健宏 《Redis設計與實現》