Redis过期时间的设计与实现代码

1. 设置过期时间

Redis 提供了多个命令来设置键的过期时间，如 EXPIRE、PEXPIRE、EXPIREAT 和 PEXPIREAT。这些命令可以以秒或毫秒为单位设置键的过期时间，也可以设置具体的过期时间点。

• EXPIRE key seconds
• PEXPIRE key milliseconds
• EXPIREAT key timestamp
• PEXPIREAT key milliseconds-timestamp

示例：

2. 过期键的存储结构

每个 Redis 数据库实例（redisDb）中都有一个名为 expires 的字典，用于存储键的过期时间。这个字典将键指针映射到以毫秒为单位的到期时间点。

3. 设置过期时间

通过 setExpire 函数设置键的过期时间。如果键已经存在于 expires 字典中，则更新其过期时间；否则，将其添加到 expires 字典中。

4. 删除过期键的策略

Redis 采用了以下三种策略来删除过期键：

• 惰性删除（Lazy Deletion） ：每次访问键时检查其是否过期，如果已过期则删除。这样只在访问键时才进行过期检查，节省了资源。

• 定期删除（Periodic Deletion） ：Redis 会周期性地随机抽取一定数量的键进行过期检查，并删除其中已过期的键。这一过程由后台任务定期执行，确保尽可能多的过期键被及时删除。

• 主动删除（Active Expiration） ：在内存使用接近最大限制时，会触发主动删除策略，通过扫描所有库的键删除过期数据，以确保内存使用量保持在设定范围内。

• Redis 默认采用以下两种删除过期键策略：

  惰性删除（Lazy Deletion） ：每次访问某个键时检查其是否过期，如果过期则删除。

  定期删除（Periodic Deletion） ：后台任务定期扫描数据库中的键，随机抽取部分键进行过期检查并删除其中已过期的键。

5. 检查并删除过期键

expireIfNeeded 函数用于检查某个键是否过期，如果过期则删除该键。

• getExpire：从 expires 字典中获取键的过期时间。
• mstime：返回当前的毫秒时间戳。
• 如果键已过期，则调用 dbDelete 删除该键，并增加统计计数器 stat_expiredkeys。

6. 获取过期时间

getExpire 函数用于获取键的过期时间，如果键没有设置过期时间则返回 -1。

总结

Redis 的过期时间设计与实现包括以下几个关键点：

• 设置过期时间：通过 EXPIRE、PEXPIRE 等命令设置键的过期时间，并将过期时间存储在 expires 字典中。

• 过期字典：每个数据库实例都有一个 expires 字典，用于存储键的过期时间。

• 删除策略：

  • 惰性删除：每次访问键时检查其是否过期，如果已过期则删除。
  • 定期删除：通过后台任务周期性地检测并删除过期键。
  • 主动删除：在内存使用接近最大限制时触发，扫描所有键并删除过期键。

定期删除activeExpireCycle函数详细解析

void activeExpireCycle(int type) {
    static unsigned int current_db = 0;  // 记录上一次处理的数据库索引
    static int timelimit_exit = 0;       // 用于指示是否超出时间限制
    unsigned int j;
    // 每次要处理的数据库数量
    unsigned int dbs_per_call = CRON_DBS_PER_CALL;
    long long start = ustime();          // 开始时间
    long long timelimit;                 // 时间限制

    if (type == ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_FAST) {
        /* Fast cycle: 1 ms */
        timelimit = 1000;
    } else {
        /* Slow cycle: 25% CPU time p. DB / Configurable percentage. */
        timelimit = server.hz < 100 ? 1000 : 10;
        if (server.active_expire_effort != 1)
            timelimit *= server.active_expire_effort-1;
        timelimit /= server.dbnum;
        timelimit_exit = 0;
    }

    for (j = 0; j < dbs_per_call; j++) {
        redisDb *db = server.db + (current_db % server.dbnum);
        current_db++;
        int expired, sampled;

        do {
            long now = mstime();
            expireEntry *de;
            dictEntry *d;

            /* Sample a few keys in the database */
            expired = 0;
            sampled = 0;
            while ((de = dictGetRandomKey(db->expires)) != NULL &&
                   mstime() - now < timelimit) {
                long long ttl = dictGetSignedIntegerVal(de) - mstime();
                if (ttl < 0) {
                    d = dictFind(db->dict, dictGetKey(de));
                    dbDelete(db, dictGetKey(d));
                    server.stat_expiredkeys++;
                    expired++;
                }
                sampled++;
            }
        } while (expired > ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_LOOKUPS_PER_LOOP / 2);

        elapsed = ustime() - start;
        if (elapsed > timelimit) {
            timelimit_exit = 1;
            break;
        }
    }
}