设置命令
Redis中，设置key的过期时间有4种命令：
expire key_name n: 设置该key在n秒后过期pexpire key_name n: 设置该key在n毫秒后过期expireat key_name n: 设置该key在某个时间戳（精确到秒）之后过期pexpireat key_name n: 设置该key在某个时间戳（精确到毫秒）之后过期
当然，也可以在set时同时设置过期时间，有3种格式
set <key> <value> ex <n>: 设置键值对的同时，指定过期时间（精确到秒）set <key> <value> px <n>: 设置键值对的同时，指定过期时间（精确到毫秒）setex <key> <n> <value>: 设置键值对的同时，指定过期时间（精确到秒）
可以使用TTL命令查询某个key的剩余存活时间
> setex key1 60 value1
OK
> ttl key1
(integer) 56
取消key的过期时间，可以使用persist命令
# 取消 key1 的过期时间
> persist key1
(integer) 1
> ttl key1
(integer) -1 #表示永不过期
过期字典
每当我们对一个key设置了过期时间，Redis就会把其存储到一个过期字典中，也就是说，过期字典保存了数据库中所有key的过期时间
过期字典定义在redisDb结构中
typedef struct redisDb{
dict *dict; // 存放所有键值对
dict *expires; // 存放键的过期时间
...
}redisDb;
过期字典数据结构如下
- key是一个指针，指向某个对象
- value是一个long long型整数，记录该key的过期时间（毫秒级 Unix 时间戳）
可以看出，这实际上就是个hash表，可以在O(1)时间复杂度快速查找某个key是否过期，当我们查询一个 key 时，Redis 首先检查该 key 是否存在于过期字典中，过期判断流程如下
三种过期删除策略
常见的过期删除策略有：
-
定时删除
实现：在设置key过期时间时，创建一个定时事件，当时间到达时由事件处理器字段执行删除操作
优点：对内存最友好，可以保证过期key被尽快删除，内存可以被尽快释放
缺点：对CPU不友好，在过期可以比较多的情况下，删除过程可能会占用相当一部分CPU时间，在内存不紧张但CPU资源紧张的情况下，将CPU时间用于删除和当前任务无关的过期key，无疑对服务器的响应时间和吞吐量造成影响。
-
惰性删除
实现：不主动删除过期key，等到每次查询时，再去检测是否已过期，如果过期则删除该key
优点：对CPU时间最友好，因为等到访问时才会检查key是否过期，该策略只会使用很少的系统资源
缺点：对内存不友好，如果一个key已过期，只要这个key一直没有被访问到，它所占的内存就不会释放，造成了一定的内存空间浪费。
-
定期删除
实现：每隔一段时间随机从数据库中抽取一定数量的key进行检查，并删除其中的过期key
优点：通过限制删除操作的执行时长和频率，减少删除操作对CPU的影响，同时也能定期删除一部分过期数据，避免长时间对内存的无效占用
缺点：难以确定删除操作执行的时长和频率，如果太频繁，就变得和定时删除策略一样，对CPU不友好；如果执行得太少，就变得和惰性删除差不多，过期key占用的内存空间无法及时释放。总的来说，内存清理方面没有定时删除策略效果好，系统资源占用方面又没有惰性删除策略少
Redis的过期删除策略具体实现
Redis选择的是，「惰性删除+定期删除」两种策略搭配使用，以求在合理使用CPU时间的同时，尽量避免内存浪费
怎样实现惰性删除？
Redis在每次访问或修改key之前，都会调用expireIfNeeded函数，检查该key是否过期：
- 如果过期，删除该key，至于选择异步删除，还是同步删除，根据 lazyfree_lazy_expire参数配置决定（Redis4.0+开始提供参数），然后返回null给客户端；
- 如果没过期，正常返回键值对给客户端
expireIfNeeded函数代码大致如下:
int expireIfNeeded(redisDb *db, robj *key) {
mstime_t when = getExpire(db, key);
mstime_t now;
if (when < 0) return 0; // 如果 key 没有过期时间，直接返回 0
/* 获取当前时间 */
now = mstime();
/* 如果当前时间小于过期时间，说明 key 仍然有效 */
if (now <= when) return 0;
/* Key 已过期，进行删除 */
if (server.masterhost != NULL) return 1; // 复制节点不删除 key（交给主节点处理）
server.stat_expiredkeys++; // 统计删除的 key 数量
propagateExpire(db, key, server.lazyfree_lazy_expire ? PROPAGATE_ASYNC : PROPAGATE_SYNC);
// 同步删除或异步删除
if (server.lazyfree_lazy_expire)
dbAsyncDelete(db, key);
else
dbSyncDelete(db, key);
notifyKeyspaceEvent(NOTIFY_EXPIRED, "expired", key, db->id);
return 1;
}
怎样实现定期删除？
定期删除策略的做法：每隔一段时间，随机从数据库中抽取一定数量的key进行检查，并删除其中的过期key
1、时间间隔设置多长？
Redis中默认是每秒进行10次过期检查，间隔可修改配置文件redis.conf中的hz参数
-
默认值：10（即 每秒 10 次）
-
取值范围：1 ~ 500（Redis 4.0之后支持高达 500）
-
作用：
- 影响 serverCron()运行频率，进而影响定期删除过期键的频率。
hz越高，Redis 扫描 expires 字典的频率越高，过期键更快被删除，但 CPU 占用也会增加。
查看当前hz配置值：CONFIG GET hz
如何修改 hz 配置
临时修改（立即生效，但重启后失效）：CONFIG SET hz 100
持久化修改（写入 redis.conf，重启后仍生效）：echo "hz 100" >> /etc/redis/redis.conf
注意：每次检查数据库并不是遍历过期字典中的所有key，而是随机抽取一定数量的key进行检查
2、随机抽查的数量是多少？
每次随机抽查的 key 数量由 ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_LOOKUPS_PER_LOOP 这个宏定义决定，默认值为20，如果 hz = 10，那么每秒大约扫描 10 × 20 = 200 个 key。
如果 Redis 负载较高，可能减少扫描次数，以降低 CPU 负担
定期删除实际上是一个循环过程，本轮检查的过期key占比（已过期key数量/随机抽取的key数量）超过25%就会重复执行，否则等待下一轮检查
但为了保证不会死循环或循环过度，导致线程卡死，还增加设置了一个时间上限，默认25s，流程图如下
activeExpireCycle的源码大致如下：
void activeExpireCycle(int type) {
int j, iteration = 0;
int dbs_per_call = CRON_DBS_PER_CALL; // 每次最多检查 16 个数据库
long long start = ustime(), timelimit; // 记录当前时间和最大执行时间
static unsigned int current_db = 0; // 记录上次遍历到哪个数据库
/* 确定此次定期删除的最大执行时长 */
if (type == ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_FAST) {
timelimit = ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_FAST_DURATION; // 快速模式下的最大执行时间
} else {
// 计算定期删除的最大执行时间：1/hz 秒
timelimit = server.hz ? 1000000 / server.hz : 100000;
}
/* 遍历多个数据库（DB），进行过期 key 检查 */
for (j = 0; j < dbs_per_call; j++) {
redisDb *db = server.db + (current_db % server.dbnum); // 选择当前要检查的 DB
current_db++; // 记录下次要检查的 DB
int expired; // 记录当前批次删除的 key 数量
do {
long long now = mstime(); // 获取当前时间（毫秒）
int ttl_test = 20; // 每轮随机抽查 20 个 key
expired = 0; // 统计删除的过期 key 数量
/* 在当前 DB 中随机检查 20 个 key，删除过期 key */
while (ttl_test--) {
dictEntry *de = dictGetRandomKey(db->expires); // 随机获取一个可能过期的 key
if (de == NULL) break; // 如果没有 key 了，则跳出循环
long long ttl = dictGetSignedIntegerVal(de) - now; // 计算 key 的剩余 TTL
if (ttl <= 0) { // 过期 key
dbDelete(db, dictGetKey(de)); // 删除过期 key
expired++; // 统计删除 key 数量
}
}
iteration++; // 记录总迭代次数
/* 如果已过期 key 占比 > 25%，继续删除 */
} while (expired > ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_LOOKUPS_PER_LOOP / 4);
/* 如果定期删除任务的总执行时间超过 timelimit，则提前退出 */
if (ustime() - start > timelimit) break;
}
}
