Redis如何实现键的自动过期（redis过期场景）

Redis 如何实现键的自动过期

Redis 是一种高性能的键值存储系统，主要应用于缓存、消息队列和会话管理等领域。为了解决缓存数据过期的问题，Redis 提供了非常方便的键过期机制。本文将介绍 Redis 键过期机制的实现原理和具体用法。

Redis 键过期机制是通过过期时间来实现的。当一个键的过期时间到达，Redis 会自动删除这个键。Redis 实现键的自动过期主要有两种方式：基于时间轮的过期检测和惰性过期删除。

1. 基于时间轮的过期检测

基于时间轮的过期检测是 Redis 采用的一种高效的定时器设计。时间轮是一种环形结构，每个格子代表一个时间段，例如 1 秒、2 秒等。时间轮中有一个指针，每秒钟会顺时针移动一个格子。当一个键设置了过期时间，Redis 会将该键插入到相应的格子中，并记录其剩余过期时间。当时间轮的指针经过该格子时，Redis 会检查该格子中的所有键是否过期。如果有键已经过期，则将其删除。

基于时间轮的过期检测实现代码如下：

“`python

import time

class TimeWheel:

def __init__(self, slots, interval):

self.slots = slots

self.interval = interval

self.current_slot = 0

self.timer = [ [] for _ in range(slots) ]

def add_task(self, task, delay):

expire = self.current_slot + int(delay / self.interval)

self.timer[expire % self.slots].append(task)

def tick(self):

tasks = self.timer[self.current_slot]

for task in tasks:

task()

self.timer[self.current_slot] = []

self.current_slot = (self.current_slot + 1) % self.slots

def task():

print(‘hello, world’)

if __name__ == ‘__mn__’:

tw = TimeWheel(60, 1)

tw.add_task(task, 10)

for i in range(20):

tw.tick()

time.sleep(1)

在上面的代码中，我们定义了一个 TimeWheel 类，它包含了一个时间轮和一个定时器。我们还定义了一个任务 task，并将其添加到时间轮中，并设置了 10 秒的过期时间。定时器每秒钟会调用时间轮的 tick 方法，以便检查是否有任务过期。当 task 过期时，会自动触发执行。

2. 惰性过期删除

惰性过期删除是 Redis 另一种实现键自动过期的方法。与基于时间轮的过期检测不同，惰性过期删除是在访问键时检查其是否过期，并在需要时删除它。惰性过期删除的好处是可以避免过多的计算开销，特别是在键值对数目非常大的情况下。

```python
import time
class Cache:
    def __init__(self):
        self.cache = {}

    def get(self, key):
        if key not in self.cache:
            return None
        if time.time() > self.cache[key]['expiry']:
            del self.cache[key]
            return None
        return self.cache[key]['value']

    def put(self, key, value, timeout):
        self.cache[key] = {
            'value': value,
            'expiry': time.time() + timeout
        }

if __name__ == '__mn__':
    cache = Cache()
    cache.put('foo', 'bar', 5)
    print(cache.get('foo'))
    time.sleep(6)
    print(cache.get('foo'))

在惰性过期删除的实现代码中，我们定义了一个 Cache 类，并包含了 get 和 put 方法。当 get 方法被调用时，我们首先检查键是否在缓存中。如果存在，我们检查键是否过期。如果过期，我们删除该键并返回 None；否则我们返回键的值。当 put 方法被调用时，我们将值插入到缓存中，并设置其过期时间。如果键已经存在，我们会先删除原有的值再插入新的值。

需要特别注意的是，由于 Redis 是单线程的应用程序，当 Redis 键过期时，并不是马上将键删除。当一个键过期时，Redis 会将该键放到一个删除列表中，并在下一次操作时一并删除所有过期键。因此，Redis 的键过期时间并不是精确的，但是这并不会对 Redis 的性能和功能产生重大影响。