Redis过期删除策略和内存淘汰策略

1. 过期删除策略

Redis可以用使用expire指令设置过期时间，在Redis内部，每当我们设置一个键的过期时间时，Redis就会将该键带上过期时间存放到一个过期字典中。当我们查询一个键时，Redis便首先检查该键是否存在过期字典中，如果存在，那就获取其过期时间。然后将过期时间和当前系统时间进行比对，比系统时间大，那就没有过期；反之判定该键过期。

1.1 过期数据处理方式

那对于过期数据，一般有三种方式进行处理：

1. 定时删除
   在设置某个key 的过期时间同时，我们创建一个定时器，让定时器在该过期时间到来时，立即执行对其进行删除的操作。
   • 优点：定时删除对内存是最友好的，能够保存内存的key一旦过期就能立即从内存中删除。
   • 缺点：对CPU最不友好，在过期键比较多的时候，删除过期键会占用一部分 CPU 时间，对服务器的响应时间和吞吐量造成影响。
2. 惰性删除
   设置该key 过期时间后，我们不去管它，当需要该key时，我们在检查其是否过期，如果过期，我们就删掉它，反之返回该key。
   • 优点：对 CPU友好，我们只会在使用该键时才会进行过期检查，对于很多用不到的key不用浪费时间进行过期检查。
   • 缺点：对内存不友好，如果一个键已经过期，但是一直没有使用，那么该键就会一直存在内存中，如果数据库中有很多这种使用不到的过期键，这些键便永远不会被删除，内存永远不会释放。从而造成内存泄漏。
3. 定期删除
   每隔一段时间，我们就对一些key进行检查，删除里面过期的key。
   • 优点：可以通过限制删除操作执行的时长和频率来减少删除操作对 CPU 的影响。另外定期删除，也能有效释放过期键占用的内存。
   • 缺点：难以确定删除操作执行的时长和频率。如果执行的太频繁，定期删除策略变得和定时删除策略一样，对CPU不友好。如果执行的太少，那又和惰性删除一样了，过期键占用的内存不会及时得到释放。另外最重要的是，在获取某个键时，如果某个键的过期时间已经到了，但是还没执行定期删除，那么就会返回这个键的值，这是业务不能忍受的错误。

1.2 Redis过期策略

Redis的过期删除策略：惰性删除和定期删除两种策略配合使用。

• 惰性删除：Redis的惰性删除策略由 db.c/expireIfNeeded 函数实现，所有键读写命令执行之前都会调用 expireIfNeeded 函数对其进行检查，如果过期，则删除该键，然后执行键不存在的操作；未过期则不作操作，继续执行原有的命令
• 定期删除：由redis.c/activeExpireCycle 函数实现，函数以一定的频率运行，每次运行时，都从一定数量的数据库中取出一定数量的随机键进行检查，并删除其中的过期键。
  注意：并不是一次运行就检查所有的库，所有的键，而是随机检查一定数量的键。
  定期删除函数的运行频率，在Redis2.6版本中，规定每秒运行10次，大概100ms运行一次。在Redis2.8版本后，可以通过修改配置文件redis.conf的hz 选项来调整这个次数：hz值越大，对cpu压力越大

1.3 Redis中key过期监听事件

spring-boot-starter-data-redis包中提供了监听过期的类，对于key过期，需要得到通知，做业务处理的，可以做此监听。

• 1. 修改配置文件，开启监听事件

notify-keyspace-events "Ex" # 值填Ex

• 2. springboot配置类

springboot整合Redis参考，SpringBoot整合Redis - 简书 (jianshu.com)
在整合Redis的基础上，在新加监听配置

监听配置类

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.data.redis.connection.RedisConnectionFactory;
import org.springframework.data.redis.listener.RedisMessageListenerContainer;

@Configuration
public class RedisListenerConfig {
    
    @Bean
    RedisMessageListenerContainer container(RedisConnectionFactory connectionFactory) {
        RedisMessageListenerContainer container = new RedisMessageListenerContainer();
        container.setConnectionFactory(connectionFactory);
        return container;
    }

}

监听类

import java.nio.charset.StandardCharsets;

import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.data.redis.connection.Message;
import org.springframework.data.redis.listener.KeyExpirationEventMessageListener;
import org.springframework.data.redis.listener.RedisMessageListenerContainer;
import org.springframework.stereotype.Component;

@Component
public class RedisKeyExpirationListener extends KeyExpirationEventMessageListener {
    
    protected final Logger log = LoggerFactory.getLogger(this.getClass());
    
    public RedisKeyExpirationListener(RedisMessageListenerContainer listenerContainer) {
        super(listenerContainer);
    }
    
    
    @Override
    public void onMessage(Message message, byte[] pattern) {
        String channel = new String(message.getChannel(),StandardCharsets.UTF_8);
        //过期的key
        String expireKey = new String(message.getBody(), StandardCharsets.UTF_8);
        // TODO
        log.info("\r\n ====>>>> redis key 过期：key={}, pattern={}, channel={}", expireKey, new String(pattern), channel);
    }

}

• 3. 测试一把

     
     写入数据
     监听记录

2. 内存淘汰策略

将Redis用作缓存时，如果内存空间用满，就会自动驱逐老的数据。

2.1 策略

Redis中有6种淘汰策略：

• noeviction：当内存使用达到阈值的时候，执行命令直接报错，默认
• allkeys-lru：在所有的key中，优先移除最近未使用的key。(推荐)
• volatile-lru：在设置了过期时间的键空间中，优先移除最近未使用的key。
• allkeys-random：在所有的key中，随机移除某个key。
• volatile-random：在设置了过期时间的键空间中，随机移除某个key。
• volatile-ttl：在设置了过期时间的键空间中，具有更早过期时间的key优先移除

2.2 配置文件

redis.conf文件中配置策略，有2个地方：

• 1. 内存大小
     maxmemory <bytes> 参数配置Redis 内存大小，通常会设定其为物理内存的四分之三
• 2. 策略设置
     maxmemory-policy 参数