答题思路

• 定时删除：在设置键的过期时间时，创建一个定时事件，当过期时间到达时，由事件处理器自动执行键的删除操作。
• 惰性删除：放任键过期不管，但是在每次从 dict 字典中取出键值时，要检查键是否过期，如果过期的话，就删除它，并返回空，否则就返回键值。
• 定期删除：每隔一段时间，对 expires 字典进行检查，删除里面的过期键。

回答话术

在 Redis 中，我们可以用 EXPIRE、PEXPIRE、EXPIREAT 和 PEXPIREAT四个命令来按毫秒或秒设置 key 的过期时间。其中，前两者指定的是 key 的有效时间，而后两者指定的是 key 的到期时间点。

这些时间最终会被转换为一个时间戳并，与 key 一一对应保存在一个到期字典中，然后 Redis 会根据 key 在到期字典中的到期时间，通过主动和被动两种方式清理到期的 key。

被动删除是指每次访问 key 键时，Redis 会检查 key 是否已到期，如果是就将其删除并返回空值。不过如果仅靠被动删除是不够的，因为如果 key 的访问频率不高，可能会导致一些数据一直不能被删除，内存也无法得到释放，因此所以还需要定期的主动删除。

主动删除是指 Redis 会每隔 10 秒主动扫描数据库，随机抽取 20 个 key 并删除其中已经到期的部分。然后，如果这次抽样中到期键的 key 的比例超过 25%，就会继续抽样，直到不满足条件或超时为止。

以上两种删除机制互相配合，基本能保证 Redis 中到期键的数量不会超过总数据量的 25%。

另外，Redis 在持久化的时候也会针对到期的 key 做额外的处理。Redis 在 AOF 的时候，如果 key 过期了，则会向文件追加一条 DEL 指令，而如果是在 AOF 重写和 RDB 的时候，则检查并直接忽略掉过期的 key。

最后是集群，在集群里面，当主节点发现 key 到期时，会向所有从节点发送 DEL 命令，但是当从节点发现键到期时，只会将其标记为已删除，直到收到主节点的删除指令才会真正删除，以确保数据一致性。

问题详解

1. 到期时间

在 Redis 中，你可以使用以下四种命令为 key 设置到期时间：

• EXPIRE：以秒为单位，设置 key 的有效时间。
• PEXPIRE：以毫秒为单位，设置 key 的有效时间。
• EXPIREAT：以秒为单位，设置 key 的到期时间戳。
• PEXPIREAT：以毫秒为单位，设置 key 的到期时间戳。

其中，前两者指定的是 key 的有效时长，而后两者指定的是 key 到期时间点。

不过，在 Redis 底层实现中，四种命令最终都会变为 key 到期时间点对应的时间戳，并被记录在一个到期字典中（哈希表）。

具体可参见：数据库 — Redis 设计与实现 (opens new window)

2. 删除策略

按官方文档的说法，Redis 的过期删除有两种方式：

• 主动删除：每 10 秒扫描一次数据库，随机抽 20 个 key，并删除其中到期的 key。如果到期 key 占比超过 25%，那么继续抽样，直到不满足条件或超时为止；
• 被动删除：访问 key 时检查到期时间，如果已经到期就删除；

官方文档对此进行了解释：Redis 官网 -- EXPIRE 指令介绍 (opens new window)

当然，为了面试的时候有更多可说的，我们可以适当的扩展一下，介绍一下常见的几种实现方式，和它们的优缺点：

a. 定时删除

定时删除，就是在设置 key 的到期时间时，一并设置一个定时事件，等到事件触发时删除 key。

• 优点： 可以及时释放资源，确保过期键能够被及时删除。
• 缺点： 频繁的删除操作可能会占用大量的 CPU 时间。

总的来说，这个策略对内存优化而对 CPU 不友好，在 CPU 紧张而内存宽裕的场景中，它会将更多的 CPU 资源花费到没那么紧要的删除到期 key 操作上。

综合上述考量， Redis 并没有使用这种方式。

b. 惰性删除

惰性删除就是 Redis 提到的被动删除。

被动删除不会主动的删除到期的 key，而是当访问 key 时再检查是否到期，如果到期了再将其删除。

它的优缺点与定时删除刚好相反：

• 优点： 只在取出键时进行检查，避免了频繁的删除操作。
• 缺点： 可能会导致内存积压问题。

惰性删除对 CPU 最友好，但是对内存就不友好了。尤其是当你需要在 Redis 中存放大量具备到期时间且不需要频繁访问的数据时，会造成内存积压。

c. 定期删除

定期删除就是 Redis 提到的主动删除。

定期删除会定时的随机从数据库中对 key 抽样（20 个），然后删除其中的过期键。如果此次抽样中，到期 key 的占比高于一定阈值（25%），则会再进行一次抽样删除，直到到期 key 占比没那么高。或者本次任务执行超时为止。

相对于定时删除和惰性删除，定期删除在内存和 CPU 消耗中取得了一个比较好的平衡。

另外，使用抽样避免全量操作的思想在 Redis 中挺常见的，比如内存淘汰策略中的近似 LRU 和 LFU，具体可以参见文档：✅ Redis常用内存淘汰策略？ (opens new window)

3. 在持久化时

Redis 使用 AOF 与 RBD 两种方式来持久化内存中数据，这个过程同样需要考虑如何处理过期的 key：

• AOF：当 key 因为到期而被删除时，将会向 AOF 追加一条 **DEL** 命令。如果在这个过程中进行了 AOF 重写，那么重写后的 AOF 文件中则将直接忽略掉这个过期的 key。
• RDB：与 AOF 重写类似，在创建 RDB 的时候，过期的 key 会被直接忽略。

具体关于 AOF 与 RDB 相关内容，可以参见文章：✅ Redis宕机数据会丢失么？ (opens new window)

4. 在集群中

当集群中的实例发现 key 到期后，实例会根据它自己是主节点还是从节点而采取不同的行为：

• 如果是主节点，它会在删除这个过期 key 后向所有从节点发送一个 DEL 命令。
• 如果是从节点，那么它将会将这个 key 标记为到期，但并不会真正的删除。只有当接到从主节点发来的 DEL 命令之后，才会真正的将过期键删除掉。

从节点不会主动删除 key，这是为了保证与主节点数据的一致性，以便当主从切换时后，仍然可以正常的处理过期 key。

不过当系统中有大量频繁过期的 key，且一个主节点有较多从节点的时候，这会带来更多的内存消耗。