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Redis的過(guò)期機(jī)制及實(shí)現(xiàn)原理深度剖析
Redis是一個(gè)高性能的鍵值存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，被廣泛地應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中。在Redis中，有一個(gè)非常重要的機(jī)制，那就是過(guò)期機(jī)制。通過(guò)過(guò)期機(jī)制，Redis可以自動(dòng)地回收過(guò)期的鍵值，釋放內(nèi)存空間，防止Redis因?yàn)榇罅窟^(guò)期鍵值而導(dǎo)致內(nèi)存溢出。
過(guò)期鍵值的回收機(jī)制是Redis的核心特性之一，很多其他存儲(chǔ)系統(tǒng)都缺少這一功能。在Redis中，過(guò)期鍵值的回收采用了惰性刪除和主動(dòng)刪除兩種方式。
惰性刪除：
Redis中的每個(gè)鍵值都可以設(shè)置一個(gè)過(guò)期時(shí)間。當(dāng)鍵值過(guò)期時(shí)，Redis不會(huì)立即刪除該鍵值。而是在每次對(duì)該鍵值進(jìn)行讀寫時(shí)，Redis會(huì)首先檢查該鍵值是否過(guò)期，如果過(guò)期則會(huì)將該鍵值刪除。這種回收機(jī)制被稱為惰性刪除。
Redis源代碼中關(guān)于惰性刪除的實(shí)現(xiàn)如下：
“`c
void expireifNeeded(redisDb *db, robj *key) {
if (keyIsExpired(db,key)) {
deleteKey(db,key);
}
}
int getExpire(redisDb *db, robj *key) {
dictEntry *de = dictFind(db->expires,key->ptr);
if (de) {
return dictGetSignedIntegerVal(de)-mstime();
} else {
return -1;
}
}
可以看到，在每次對(duì)鍵值進(jìn)行讀寫操作時(shí)，Redis會(huì)通過(guò)getExpire函數(shù)獲取鍵值的過(guò)期時(shí)間。如果當(dāng)前時(shí)間大于鍵值的過(guò)期時(shí)間，則會(huì)調(diào)用deleteKey函數(shù)刪除該鍵值。
主動(dòng)刪除：
惰性刪除確保了Redis的內(nèi)存占用不會(huì)超出空間限制，但是它不能保證過(guò)期鍵值的回收時(shí)效性。因此，為了保證過(guò)期鍵值的準(zhǔn)確性，Redis還采用了主動(dòng)刪除方式來(lái)回收過(guò)期鍵值。
主動(dòng)刪除方式分為定期刪除和惰性刪除。定期刪除是指Redis會(huì)定期掃描所有存儲(chǔ)的鍵值，查找過(guò)期鍵值并刪除。惰性刪除是指Redis會(huì)對(duì)一部分鍵值進(jìn)行過(guò)期檢查，以保證內(nèi)存空間的釋放。
定期刪除的間隔時(shí)間可以通過(guò)配置文件來(lái)設(shè)置，默認(rèn)為300秒。其源代碼實(shí)現(xiàn)如下：
```c
void activeExpireCycle() {
while(server.active_expire_enabled) {
int j, iteration = 0;
if (dictSize(server.db[0].expires) == 0) {
sleep(1);
continue;
}
if ((iteration++ & 4) == 0)
serverLoadFactorAdjust();
for (j = 0; j
int expired;
dict *d = server.db[j].expires;
if (dictSize(d) == 0) continue;
if (server.lazyfree_aggressiveness) lazyfreeGetFreeMemory();
expired = activeExpireCycleTryExpire(j,d);
if (expired) {
if ((iteration & 3) == 0) {
int k = (j+1) % server.dbnum;
if (server.db[k].id != REDIS_LRU) k = (j+2) % server.dbnum;
serverLog(LL_DEBUG,"DB %d: %d keys expired",j,expired);
activeDefragCycle(j);
}
}
}
usleep(1000*10);
}
}
可以看到，在activeExpireCycle函數(shù)中，Redis通過(guò)遍歷所有的DB，然后對(duì)每個(gè)DB中的過(guò)期鍵值進(jìn)行檢查和刪除。
惰性刪除也能幫助Redis回收過(guò)期鍵值。Redis中有一個(gè)進(jìn)程叫做定時(shí)器，會(huì)每隔一段時(shí)間遍歷所有的鍵值，查找并刪除過(guò)期鍵值。這個(gè)過(guò)程中，只有常規(guī)鍵值才會(huì)被遍歷，而有序集合、列表、哈希表等復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并不會(huì)在這個(gè)過(guò)程中遍歷。如果Redis本身所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)過(guò)多，那么每次遍歷的時(shí)間就會(huì)比較長(zhǎng)，這時(shí)候可以將所以DB的數(shù)據(jù)集中在一起進(jìn)行惰性刪除。
惰性刪除的具體實(shí)現(xiàn)代碼如下：
“`c
void *expireThreadMn(void *arg) {
while(server.active_expire_enabled) {
//Active expire
activeExpireCycle();
//Try to free some memory if possible
if (server.maxmemory_policy != MAXMEMORY_NO_EVICTION &&
(freeMemoryIfNeeded() || tryFreeFewerKeys() ||
tryFreeHeapMemHint(0)))
{
continue;
}
//Passive expiring
if (server.lazyfree_lazy_eviction) {
dbAsyncDelete(server.db+server.lazyfree_lazy_user);
} else {
for (int j = 0; j
if (dictSize(server.db[j].expires) != 0) {
dbAsyncDelete(server.db+j);
}
}
}
usleep(1000*10);
}
return NULL;
}
綜上所述，Redis的過(guò)期機(jī)制是非常重要的，通過(guò)惰性刪除和主動(dòng)刪除兩種方式，能夠保證過(guò)期鍵值的回收時(shí)效性和內(nèi)存空間的合理分配，進(jìn)而提升Redis的性能表現(xiàn)。
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