1.设置键的生存时间

1.1相关命令

1.expire and pexpire

通过EXPIRE命令或者PEXPIRE命令，客户端可以以秒或者毫秒精 度为数据库中的某个键设置生存时间（Time To Live，TTL），在经过 指定的秒数或者毫秒数之后，服务器就会自动删除生存时间为0的键

127.0.0.1:6379[2]> set key 222
OK
127.0.0.1:6379[2]> expire key 10
(integer) 1
127.0.0.1:6379[2]> get key
"222"
127.0.0.1:6379[2]> get key
(nil)
127.0.0.1:6379[2]> set key 0000
OK
127.0.0.1:6379[2]> pexpire key 999
(integer) 1
127.0.0.1:6379[2]> get key
(nil)
127.0.0.1:6379[2]> pexpire key 10000
(integer) 0
127.0.0.1:6379[2]> get key
(nil)
127.0.0.1:6379[2]> 

2.setex

ETEX命令可以在设置一个字符串键的同时为键设置过期时间，因 为这个命令是一个类型限定的命令（只能用于字符串键）

3.expireat and pexpireat

与EXPIRE命令和PEXPIRE命令类似，客户端可以通过EXPIREAT 命令或PEXPIREAT命令，以秒或者毫秒精度给数据库中的某个键设置 过期时间（expire time）

4.TTL and PTTL

TTL命令和PTTL命令接受一个带有生存时间或者过期时间的键， 返回这个键的剩余生存时间，也就是，返回距离这个键被服务器自动删 除还有多长时间5.

5.总结

·EXPIRE命令用于将键key的生存时间设置为ttl秒。

·PEXPIRE命令用于将键key的生存时间设置为ttl毫秒。

·EXPIREAT命令用于将键key的过期时间设置为 timestamp所指定的秒数时间戳。

·PEXPIREAT命令用于将键key的过期时间设置为 timestamp所指定的毫秒数时间

127.0.0.1:6379[2]> set key 2222
OK
127.0.0.1:6379[2]> expireat key 10
(integer) 1
127.0.0.1:6379[2]> ttl key
(integer) -2
127.0.0.1:6379[2]> get key
(nil)
127.0.0.1:6379[2]> 

虽然有多种不同单位和不同形式的设置命令，但实际上EXPIRE、 PEXPIRE、EXPIREAT三个命令都是使用PEXPIREAT命令来实现的： 无论客户端执行的是以上四个命令中的哪一个，经过转换之后，最终的 执行效果都和执行PEXPIREAT命令一样

下图：

 1.2 实现过期时间

redisDb结构的expires字典保存了数据库中所有键的过期时间，我们 称这个字典为过期字典

·过期字典的键是一个指针，这个指针指向键空间中的某个键对象 （也即是某个数据库键）。

·过期字典的值是一个long long类型的整数，这个整数保存了键所指 向的数据库键的过期时间——一个毫秒精度的UNIX时间戳。

typedef struct redisDb {
// ...
//
过期字典，保存着键的过期时间
dict *expires;
// ...
} redisDb;

下图：

note1：在实际中，键空间的键和过期字典的键 都指向同一个键对象，所以不会出现任何重复对象，也不会浪费任何空 间

 ·第一个键值对的键为alphabet键对象，值为1385877600000，这表示数据库键alphabet的过期时间为1385877600000（2013年12月1日零 时）。

·第二个键值对的键为book键对象，值为1388556000000，这表示数 据库键book的过期时间为1388556000000（2014年1月1日零时）。 当客户端执行PEXPIREAT命令（或者其他三个会转换成 PEXPIREAT命令的命令）为一个数据库键设置过期时间时，服务器会在数据库的过期字典中关联给定的数据库键和过期时间

2.移除过期时间和过期键的判断

2.1.相关命令

1.PERSIST

命令可以移除一个键的过期时间

127.0.0.1:6379[2]> set cwr "1111" EX 10000
OK
127.0.0.1:6379[2]> TTL cwr
(integer) 9985
127.0.0.1:6379[2]> persist cwr
(integer) 1
127.0.0.1:6379[2]> ttl cwr
(integer) -1
127.0.0.1:6379[2]> 

2.实现过期键的判断

通过过期字典，程序可以用以下步骤检查一个给定键是否过期：

1）检查给定键是否存在于过期字典：如果存在，那么取得键的过 期时间。

2）检查当前UNIX时间戳是否大于键的过期时间：如果是的话，那 么键已经过期；否则的话，键未过期

def is_expired(key):
#
取得键的过期时间
expire_time_in_ms = redisDb.expires.get(key)
#
键没有设置过期时间
if expire_time_in_ms is None:
return False
#
取得当前时间的UNIX
时间戳
now_ms = get_current_unix_timestamp_in_ms()
#
检查当前时间是否大于键的过期时间
if now_ms > expire_time_in_ms:
#
是，键已经过期
return True
else:
#
否，键未过期
return Fals

2.3过期键的删除策略

1.定时删除

定时删除策略对内存是最友好的：通过使用定时器，定时删除策略 可以保证过期键会尽可能快地被删除，并释放过期键所占用的内存。

另一方面，定时删除策略的缺点是，它对CPU时间是最不友好的： 在过期键比较多的情况下，删除过期键这一行为可能会占用相当一部分 CPU时间，在内存不紧张但是CPU时间非常紧张的情况下，将CPU时间 用在删除和当前任务无关的过期键上，无疑会对服务器的响应时间和吞 吐量造成影响

2.惰性删除

惰性删除策略对CPU时间来说是最友好的：程序只会在取出键时才 对键进行过期检查，这可以保证删除过期键的操作只会在非做不可的情 况下进行，并且删除的目标仅限于当前处理的键，这个策略不会在删除 其他无关的过期键上花费任何CPU时间

惰性删除策略的缺点是，它对内存是最不友好的：如果一个键已经 过期，而这个键又仍然保留在数据库中，那么只要这个过期键不被删 除，它所占用的内存就不会释放。

3.定期删除

定期删除策略是前两种策略的一种整合和折中：

·定期删除策略每隔一段时间执行一次删除过期键操作，并通过限 制删除操作执行的时长和频率来减少删除操作对CPU时间的影响。

·除此之外，通过定期删除过期键，定期删除策略有效地减少了因 为过期键而带来的内存浪费。

定期删除策略的难点是确定删除操作执行的时长和频率：

·如果删除操作执行得太频繁，或者执行的时间太长，定期删除策 略就会退化成定时删除策略，以至于将CPU时间过多地消耗在删除过期 键上面。

·如果删除操作执行得太少，或者执行的时间太短，定期删除策略 又会和惰性删除策略一样，出现浪费内存的情况。 因此，如果采用定期删除策略的话，服务器必须根据情况，合理地 设置删除操作的执行时长和执行频率

3.4实现惰性删除

1.过期键的惰性删除策略由db.c/expireIfNeeded函数实现，所有读写数 据库的Redis命令在执行之前都会调用expireIfNeeded函数对输入键进行 检查：

·如果输入键已经过期，那么expireIfNeeded函数将输入键从数据库中删除。

·如果输入键未过期，那么expireIfNeeded函数不做动作

2.因为每个被访问的键都可能因为过期而被expireIfNeeded函 数删除，所以每个命令的实现函数都必须能同时处理键存在以及键不存 在这两种情况

·当键存在时，命令按照键存在的情况执行。

·当键不存在或者键因为过期而被expireIfNeeded函数删除时，命令 按照键不存在的情况执行

 3.5定期删除策略的实现

过期键的定期删除策略由redis.c/activeExpireCycle函数实现，每当 Redis的服务器周期性操作redis.c/serverCron函数执行时， activeExpireCycle函数就会被调用，它在规定的时间内，分多次遍历服 务器中的各个数据库，从数据库的expires字典中随机检查一部分键的过 期时间，并删除其中的过期键

伪代码实现

默认每次检查的数据库数量
DEFAULT_DB_NUMBERS = 16
#
默认每个数据库检查的键数量
DEFAULT_KEY_NUMBERS = 20
#
全局变量，记录检查进度
current_db = 0
def activeExpireCycle():
#
初始化要检查的数据库数量
#
如果服务器的数据库数量比 DEFAULT_DB_NUMBERS
要小
#
那么以服务器的数据库数量为准
if server.dbnum < DEFAULT_DB_NUMBERS:
db_numbers = server.dbnum
else:
db_numbers = DEFAULT_DB_NUMBERS
#
遍历各个数据库
for i in range(db_numbers):
#
如果current_db
的值等于服务器的数据库数量
#
这表示检查程序已经遍历了服务器的所有数据库一次
#
将current_db
重置为0
，开始新的一轮遍历
if current_db == server.dbnum:
current_db = 0
#
获取当前要处理的数据库
redisDb = server.db[current_db]
#
将数据库索引增1
，指向下一个要处理的数据库
current_db += 1
#
检查数据库键
for j in range(DEFAULT_KEY_NUMBERS):
#
如果数据库中没有一个键带有过期时间，那么跳过这个数据库
if redisDb.expires.size() == 0: break
#
随机获取一个带有过期时间的键
key_with_ttl = redisDb.expires.get_random_key()
#
检查键是否过期，如果过期就删除它
if is_expired(key_with_ttl):
delete_key(key_with_ttl)
#
已达到时间上限，停止处理
if reach_time_limit(): return

总结：

·函数每次运行时，都从一定数量的数据库中取出一定数量的随机 键进行检查，并删除其中的过期键。

·全局变量current_db会记录当前activeExpireCycle函数检查的进度， 并在下一activeExpireCycle函数调用时，接着上一次的进度进行处 理。比如说，如果当前activeExpireCycle函数在遍历10号数据库时返回 了，那么下次activeExpireCycle函数执行时，将从11号数据库开始查找 并删除过期键