Redis过期键删除策略深度解析

Redis过期键删除策略深度解析

在Redis的实际应用中，缓存过期、内存占用过高是开发和运维过程中高频遇到的问题，而过期键删除策略是Redis解决该问题的核心机制。合理的过期键删除策略能在CPU资源占用和内存利用率之间找到最佳平衡，也是Redis高性能的重要保障。本文将从过期键的基础操作、核心删除策略、Redis实际实现、特殊场景处理等方面全面解析。

一、基础铺垫：Redis过期键的设置与管理

要理解过期键删除策略，首先需要掌握Redis中过期键的基本操作，以及Redis底层如何存储过期键信息。

1.1 过期时间的设置与查询

Redis提供了多种命令为key设置过期时间，同时支持查询剩余存活时间、取消过期时间等操作，覆盖秒/毫秒、时间戳等多种维度。

1.2 过期字典：Redis底层的过期键存储

当为key设置过期时间后，Redis会将该key的过期信息存储在过期字典（expires dict） 中，该字典是Redis数据库结构redisDb的核心组成部分。

底层结构定义如下：

typedef struct redisDb{
dict *dict; // 存放数据库所有键值对
dict *expires; // 过期字典，存放key的过期时间
// 其他属性…
}redisDb;

过期字典的核心特征：

• key：指向Redis中键对象的指针，与dict中的key一一对应；
• value：long long型整数，存储key的毫秒级Unix时间戳；
• 时间复杂度：基于哈希表实现，查询、新增、删除的时间复杂度均为O(1)。

Redis判断一个key是否过期的逻辑非常简单：

二、三大核心过期键删除策略

业界主流的过期键删除策略分为定时删除、惰性删除、定期删除三种，三者的核心差异在于删除时机和资源占用倾向，分别对应“内存优先”、“CPU优先”、“折中平衡”三种设计思路。

2.1 定时删除：内存友好，CPU不友好

核心原理

在为key设置过期时间的同时，创建一个定时事件，当时间到达过期点时，由Redis事件处理器自动执行该key的删除操作。

执行流程图

设置key过期时间 → 创建定时事件（绑定过期时间和删除操作）→ 时间到达 → 事件处理器执行删除 → key被清理

优缺点

• ✅ 优点：过期key被立即删除，无内存无效占用，对内存利用率最友好；
• ❌ 缺点：若存在大量过期key，会创建大量定时事件，频繁触发删除操作，占用大量CPU资源，严重影响Redis的核心读写性能。

适用场景

几乎无实际适用场景，Redis未采用该策略。

2.2 惰性删除：CPU友好，内存可能浪费

核心原理

Redis不主动检测和删除过期key，只有当客户端访问该key时，才会检查其是否过期；若过期则立即删除，未过期则正常返回键值对。

执行流程图

客户端发起key访问请求 → Redis调用expireIfNeeded函数检查过期状态 → 未过期→返回键值对
↓ 过期
删除key（同步/异步）→ 返回null给客户端

优缺点

• ✅ 优点：仅在访问时执行检查，几乎不占用额外CPU资源，实现简单，对CPU最友好；
• ❌ 缺点：若过期key长期不被访问，会一直占用内存，造成内存泄漏风险，极端情况下会导致Redis内存爆满。

关键实现

Redis通过核心函数expireIfNeeded实现惰性删除，Redis4.0+支持通过lazyfree_lazy_expire参数配置同步删除或异步删除，避免删除大key时阻塞主线程。

核心代码片段：

int expireIfNeeded(redisDb *db, robj *key) {
mstime_t when = getExpire(db, key);
mstime_t now = mstime();
if (when < 0) return 0; // 无过期时间，直接返回
if (now <= when) return 0; // 未过期，直接返回
// 主从模式下，从库不主动删除，交给主库处理
if (server.masterhost != NULL) return 1;
server.stat_expiredkeys++; // 统计过期删除的key数量
// 根据配置选择同步/异步删除
if (server.lazyfree_lazy_expire)
dbAsyncDelete(db, key); // 异步删除
else
dbSyncDelete(db, key); // 同步删除
notifyKeyspaceEvent(NOTIFY_EXPIRED, "expired", key, db->id);
return 1;
}

2.3 定期删除：折中方案，平衡CPU与内存

核心原理

Redis每隔一段时间，随机从过期字典中抽取一定数量的key进行过期检查，删除其中的过期key；同时通过限制执行时长和频率，避免对CPU造成过度占用。

执行流程图

Redis主线程触发定期检查（由serverCron调度）→ 从过期字典随机抽取20个key → 检查并删除过期key
→ 统计过期key占比 → 占比>25%→重复抽样删除 ↓ 占比≤25%/执行时间≥25ms
结束本轮定期删除

核心配置与规则

定期删除的执行逻辑由Redis底层调度器serverCron控制，核心规则和配置如下：

优缺点

• ✅ 优点：通过频率、数量、时间三重限制，平衡了CPU占用和内存浪费，是定时删除和惰性删除的折中方案；
• ❌ 缺点：随机抽样可能导致部分过期key未被检测到，仍会存在一定的内存无效占用；且hz参数需要根据业务场景精细配置，配置不当会影响效果。

三、Redis的最终选择：惰性删除+定期删除组合策略

Redis并未选择单一的删除策略，而是采用惰性删除+定期删除的组合策略，充分发挥两者的优点，规避各自的缺点，在合理使用CPU时间和尽量避免内存浪费之间取得最佳平衡。

3.1 组合策略整体执行流程图

Redis启动 → 初始化过期字典，维护key过期信息
├─ 客户端访问key → 惰性删除：执行expireIfNeeded检查，过期则删除
└─ 后台定期调度（hz控制频率）→ 定期删除：随机抽样检查，删除过期key
↓ 内存占用持续升高 → 触发内存淘汰策略（maxmemory控制）

3.2 组合策略的核心优势

四、特殊场景：过期键的处理规则

在Redis的主从模式和持久化（RDB/AOF） 场景下，过期键的处理有特殊规则，这是开发和运维中容易踩坑的点，必须重点掌握。

4.1 主从模式下的过期键处理

主从模式中，从库不主动执行过期键删除操作，所有过期键的删除由主库统一控制，保证主从数据一致性：

4.2 持久化场景下的过期键处理

过期键在RDB和AOF两种持久化文件中的处理逻辑不同，分为生成/写入阶段和加载/重写阶段。

RDB文件中的过期键

• 生成阶段：持久化生成新RDB文件时，Redis会对key进行过期检查，过期key不会被写入RDB文件；
• 加载阶段：主库加载RDB时，会过滤过期key；从库加载RDB时，会载入所有key（包括过期key），但主从同步后会被清理。

AOF文件中的过期键

• 写入阶段：过期key未被删除时，AOF文件会保留其相关记录；当过期key被删除后，Redis会向AOF文件追加del指令，标记该key的删除；
• 重写阶段：执行AOF重写时，Redis会检查内存中的键值对，过期key不会被写入重写后的AOF文件。

五、延伸：过期删除策略与内存淘汰策略的配合

当Redis的运行内存达到maxmemory设置的上限时，仅靠过期删除策略无法解决内存问题，此时会触发内存淘汰策略，删除符合条件的key以释放内存。过期删除策略处理已过期的key，而内存淘汰策略处理内存超限后的key，两者配合构成Redis的完整内存管理体系。

5.1 内存淘汰策略的分类（Redis4.0+共8种）

Redis的内存淘汰策略分为三大类，可通过maxmemory-policy参数配置：

5.2 核心推荐配置

• 通用业务场景：allkeys-lru，淘汰所有key中最近最少使用的，适配绝大多数缓存场景；
• 热点数据明显场景：allkeys-lfu，淘汰访问频率最低的key，更贴合热点数据分布；
• 数据不可丢失场景：noeviction，拒绝写操作，避免数据丢失；
• 部分数据持久化场景：volatile-lru，仅淘汰带过期时间的缓存key，保护持久化数据。

5.3 实战配置命令

# 临时设置最大内存为512MB
CONFIG SET maxmemory 536870912
# 临时设置内存淘汰策略为allkeys-lru
CONFIG SET maxmemory-policy allkeys-lru
# 持久化配置（写入redis.conf）
CONFIG REWRITE

六、实战配置与性能优化建议

结合过期键删除策略的原理，给出以下实战配置和性能优化建议，适配大多数生产环境：

七、总结

Redis的过期键删除策略是其内存管理的核心，核心要点可总结为以下3点：