redis的过期策略和定时器

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本篇主题：redis的过期策略和定时器
发布时间：2025.8.12
隶属专栏：redis

redis的过期策略

一个redis中可能同时存在很多很多的key，这些key中很大一部分都有过期时间，此时，redis服务器是怎么知道哪些key已经过期要被删除，哪些key还没过期？

如果直接遍历所有的key，显然是行不通的，这样的效率太低了。

redis的整体使用的策略由两种：

1. 惰性删除
2. 定期删除

惰性删除

假设这个key已经到了过期的时间，但是暂时还没删它，key还存在。
紧接着，后面又一次访问，正好用到了这个key，于是这次访问就会让redis服务触发删除key的操作，同时再返回一个nil。

该策略可以最大化地节省CPU资源，却对内存非常不友好。极端情况可能出现大量的过期key没有再次被访问，从而不会被清除，占用大量内存。

定期删除

每隔一定的时间，会扫描一定数量的数据库的expires字典中一定数量的key，并清除其中已过期的key。该策略是直接扫描和惰性删除的一个折中方案。通过调整定时扫描的时间间隔和每次扫描的限定耗时，可以在不同情况下使得CPU和内存资源达到最优的平衡效果。

expires字典会保存所有设置了过期时间的key的过期时间数据，其中，key是指向键空间中的某个键的指针，value是该键的毫秒精度的UNIX时间戳表示的过期时间。键空间是指该Redis集群中保存的所有键。

因为redis是单线程的程序。如果扫描过期key消耗的时间太多了，就可能导致正常处理的请求命令被阻塞了（产生了类似于执行keys*这样的效果）。

如果大量的 key 在同一时间点过期, 会产生什么问题? 如何处理?

如果大量的 key 过期时间设置的过于集中，到过期的那个时间点，Redis 可能会出现短暂的卡顿现象。

为何会出现卡顿呢? Redis 针对过期 key 的删除, 采取 定期采样删除 + 惰性删除 两种方式结合。

如果过期 key 的数目超过总 key 数目的 25% 以上, 就会使 Redis 持续删除过期 key 直到最大时间删除时间 (默认是 25ms)。

之所以限制这个最大时间, 就是为了防止 Redis 被卡住太久

但是即使如此, 有些对性能要求较高的场景仍然会因为阻塞 25ms 导致性能下降严重。

解决方案: 可以在过期时间上加一个随机值，使得过期时间分散一些。

很多时候过期时间并不一定非得卡的那么精准。比如设定 2s 之后过期, 不一定非要正好的 2000ms,2001, 2002, 1999, 1998 甚至 2010 这些时间都是问题不大的。

因此让过期时间通过随机值分散, 就可以避免同一时刻过期的 key 太多, 从而降低触发 25% 这个阈值的可能性.

定时器

redis中并没有采用定时器的方式来实现过期key删除的策略。

redis中没有使用定时器的原因：

基于定时器的实现，势必需要引入多线程，redis早起版本都是基于单线程的基调，引入多线程就打破了作者的初衷。

但是使用定时器的方案，在很多地方都可以用到，redis后续也不是没有可能引入计数器的可能。

以下是两种常用的定时器实现的方法：

基于优先级队列的定时器

正常的队列是先进先出，优先级队列则是按照指定的优先级先出。

优先级的高低是可以定义的，在redis的使用场景中，就可以使用过期时间越早，优先级越高。

现在假设有很多的key设置了过期时间，就可以把这些key都加入到优先级队列当中，指定优先级规则是过期时间早的，先出队列。
这样，队首元素就是要最早过期的key！！！

key1: 12:00
key2: 13:00
key3: 14:00

此时，定时器中只需要分配一个线程，让这个线程去检查队首元素是否过期即可。如果队首元素没有过期，后续元素一定没过期！！

这样，扫描线程，不需要遍历所有的key，只盯住队首元素即可。

我们可以根据当前时刻和队首的过期时间设置一个等待，让线程进行休眠，当等待时间到了或者有新的任务来了，再唤醒这个线程。处理完之后，重新根据队首设置等待时间即可。

基于时间轮实现的定时器

把时间划分成多个小段（划分的粒度可以看实际的需求）。

每个小段上都挂着一个链表，每个节点都代表着一个要执行的任务。

假设需要设置一个key，这个key将在3000ms之后过期，我们就可以根据他在每个格子之间移动的速度，将他挂载到相应的位置。

如果指针每100ms移动一个格子，该时间轮有十二个格子，我们就可以将他挂载到当前位置后面的第六个格子，这样在过期的时间到了以后，我们的指针刚好在对应的格子里面，就可以执行相应的操作了。

对于时间轮来说，每个格子是多少时间，一共多少个格子，都是可以灵活调配的。

⚠️ 写在最后：以上内容是我在学习以后得一些总结和概括，如有错误或者需要补充的地方欢迎各位大佬评论或者私信我交流！！！