我們數(shù)據(jù)平臺(tái)中有使用Redis來(lái)給線上提供低延時(shí)(20毫秒以?xún)?nèi))的高并發(fā)讀寫(xiě)請(qǐng)求，其中***的Redis使用了阿里云的Redis集群(256G)，存儲(chǔ)的記錄超過(guò)10億，Key的有效期設(shè)置為15天，每天寫(xiě)入的記錄大概5000萬(wàn)左右，QPS大概在6萬(wàn)左右。由于過(guò)期Key的產(chǎn)生速度大于Redis自動(dòng)清理的速度，因此在Redis中會(huì)有大量過(guò)期Key未被及時(shí)清理。

為什么有過(guò)期的Key未被清理呢?這個(gè)得先熟悉一下Redis的刪除策略。

Redis常用的刪除策略有以下三種：

• 被動(dòng)刪除(惰性刪除)：當(dāng)讀/寫(xiě)一個(gè)已經(jīng)過(guò)期的Key時(shí)，會(huì)觸發(fā)惰性刪除策略，直接刪除掉這個(gè)Key;
• 主動(dòng)刪除(定期刪除)：Redis會(huì)定期巡檢，來(lái)清理過(guò)期Key;
• 當(dāng)內(nèi)存達(dá)到maxmemory配置時(shí)候，會(huì)觸發(fā)Key的刪除操作;

另外，還有一種基于觸發(fā)器的刪除策略，因?yàn)閷?duì)Redis壓力太大，一般沒(méi)人使用。

這里先介紹后兩種刪除策略(網(wǎng)上有很多說(shuō)明)。

主動(dòng)刪除(定期刪除)

在 Redis 中，常規(guī)操作由 redis.c/serverCron 實(shí)現(xiàn)，它主要執(zhí)行以下操作：

• 更新服務(wù)器的各類(lèi)統(tǒng)計(jì)信息，比如時(shí)間、內(nèi)存占用、數(shù)據(jù)庫(kù)占用情況等。
• 清理數(shù)據(jù)庫(kù)中的過(guò)期鍵值對(duì)。
• 對(duì)不合理的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行大小調(diào)整。
• 關(guān)閉和清理連接失效的客戶(hù)端。
• 嘗試進(jìn)行 AOF 或 RDB 持久化操作。
• 如果服務(wù)器是主節(jié)點(diǎn)的話，對(duì)附屬節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定期同步。
• 如果處于集群模式的話，對(duì)集群進(jìn)行定期同步和連接測(cè)試。

Redis 將 serverCron 作為時(shí)間事件來(lái)運(yùn)行，從而確保它每隔一段時(shí)間就會(huì)自動(dòng)運(yùn)行一次， 又因?yàn)?serverCron 需要在 Redis 服務(wù)器運(yùn)行期間一直定期運(yùn)行， 所以它是一個(gè)循環(huán)時(shí)間事件：serverCron 會(huì)一直定期執(zhí)行，直到服務(wù)器關(guān)閉為止。

在 Redis 2.6 版本中， 程序規(guī)定 serverCron 每秒運(yùn)行 10 次， 平均每 100 毫秒運(yùn)行一次。 從 Redis 2.8 開(kāi)始， 用戶(hù)可以通過(guò)修改 hz選項(xiàng)來(lái)調(diào)整 serverCron 的每秒執(zhí)行次數(shù)， 具體信息請(qǐng)參考 redis.conf 文件中關(guān)于 hz 選項(xiàng)的說(shuō)明。

也叫定時(shí)刪除，這里的“定期”指的是Redis定期觸發(fā)的清理策略，由位于src/redis.c的activeExpireCycle(void)函數(shù)來(lái)完成。

serverCron是由redis的事件框架驅(qū)動(dòng)的定位任務(wù)，這個(gè)定時(shí)任務(wù)中會(huì)調(diào)用activeExpireCycle函數(shù)，針對(duì)每個(gè)db在限制的時(shí)間REDIS_EXPIRELOOKUPS_TIME_LIMIT內(nèi)遲可能多的刪除過(guò)期key，之所以要限制時(shí)間是為了防止過(guò)長(zhǎng)時(shí)間 的阻塞影響redis的正常運(yùn)行。這種主動(dòng)刪除策略彌補(bǔ)了被動(dòng)刪除策略在內(nèi)存上的不友好。

因此，Redis會(huì)周期性的隨機(jī)測(cè)試一批設(shè)置了過(guò)期時(shí)間的key并進(jìn)行處理。測(cè)試到的已過(guò)期的key將被刪除。典型的方式為,Redis每秒做10次如下的步驟：

• 隨機(jī)測(cè)試100個(gè)設(shè)置了過(guò)期時(shí)間的key
• 刪除所有發(fā)現(xiàn)的已過(guò)期的key
• 若刪除的key超過(guò)25個(gè)則重復(fù)步驟1

這是一個(gè)基于概率的簡(jiǎn)單算法，基本的假設(shè)是抽出的樣本能夠代表整個(gè)key空間，redis持續(xù)清理過(guò)期的數(shù)據(jù)直至將要過(guò)期的key的百分比降到了25%以下。這也意味著在任何給定的時(shí)刻已經(jīng)過(guò)期但仍占據(jù)著內(nèi)存空間的key的量最多為每秒的寫(xiě)操作量除以4.

Redis-3.0.0中的默認(rèn)值是10，代表每秒鐘調(diào)用10次后臺(tái)任務(wù)。

除了主動(dòng)淘汰的頻率外，Redis對(duì)每次淘汰任務(wù)執(zhí)行的***時(shí)長(zhǎng)也有一個(gè)限定，這樣保證了每次主動(dòng)淘汰不會(huì)過(guò)多阻塞應(yīng)用請(qǐng)求，以下是這個(gè)限定計(jì)算公式：

#define ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_SLOW_TIME_PERC 25 /* CPU max % for keys collection */  
…  
timelimit = 1000000*ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_SLOW_TIME_PERC/server.hz/100; 

hz調(diào)大將會(huì)提高Redis主動(dòng)淘汰的頻率，如果你的Redis存儲(chǔ)中包含很多冷數(shù)據(jù)占用內(nèi)存過(guò)大的話，可以考慮將這個(gè)值調(diào)大，但Redis作者建議這個(gè)值不要超過(guò)100。我們實(shí)際線上將這個(gè)值調(diào)大到100，觀察到CPU會(huì)增加2%左右，但對(duì)冷數(shù)據(jù)的內(nèi)存釋放速度確實(shí)有明顯的提高(通過(guò)觀察keyspace個(gè)數(shù)和used_memory大小)。

可以看出timelimit和server.hz是一個(gè)倒數(shù)的關(guān)系，也就是說(shuō)hz配置越大，timelimit就越小。換句話說(shuō)是每秒鐘期望的主動(dòng)淘汰頻率越高，則每次淘汰最長(zhǎng)占用時(shí)間就越短。這里每秒鐘的最長(zhǎng)淘汰占用時(shí)間是固定的250ms(1000000*ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_SLOW_TIME_PERC/100)，而淘汰頻率和每次淘汰的最長(zhǎng)時(shí)間是通過(guò)hz參數(shù)控制的。

從以上的分析看，當(dāng)redis中的過(guò)期key比率沒(méi)有超過(guò)25%之前，提高h(yuǎn)z可以明顯提高掃描key的最小個(gè)數(shù)。假設(shè)hz為10，則一秒內(nèi)最少掃描200個(gè)key(一秒調(diào)用10次*每次最少隨機(jī)取出20個(gè)key)，如果hz改為100，則一秒內(nèi)最少掃描2000個(gè)key;另一方面，如果過(guò)期key比率超過(guò)25%，則掃描key的個(gè)數(shù)無(wú)上限，但是cpu時(shí)間每秒鐘最多占用250ms。

當(dāng)REDIS運(yùn)行在主從模式時(shí)，只有主結(jié)點(diǎn)才會(huì)執(zhí)行上述這兩種過(guò)期刪除策略，然后把刪除操作”del key”同步到從結(jié)點(diǎn)。

maxmemory

當(dāng)前已用內(nèi)存超過(guò)maxmemory限定時(shí)，觸發(fā)主動(dòng)清理策略，這些策略可以配置(參數(shù)maxmemory-policy)，包括以下幾個(gè)：

volatile-lru：從已設(shè)置過(guò)期時(shí)間的數(shù)據(jù)集(server.db[i].expires)中挑選最近最少使用的數(shù)據(jù)淘汰

volatile-ttl：從已設(shè)置過(guò)期時(shí)間的數(shù)據(jù)集(server.db[i].expires)中挑選將要過(guò)期的數(shù)據(jù)淘汰

volatile-random：從已設(shè)置過(guò)期時(shí)間的數(shù)據(jù)集(server.db[i].expires)中任意選擇數(shù)據(jù)淘汰

allkeys-lru：從數(shù)據(jù)集(server.db[i].dict)中挑選最近最少使用的數(shù)據(jù)淘汰

allkeys-random：從數(shù)據(jù)集(server.db[i].dict)中任意選擇數(shù)據(jù)淘汰

no-enviction(驅(qū)逐)：禁止驅(qū)逐數(shù)據(jù)

當(dāng)mem_used內(nèi)存已經(jīng)超過(guò)maxmemory的設(shè)定，對(duì)于所有的讀寫(xiě)請(qǐng)求，都會(huì)觸發(fā)redis.c/freeMemoryIfNeeded(void)函數(shù)以清理超出的內(nèi)存。注意這個(gè)清理過(guò)程是阻塞的，直到清理出足夠的內(nèi)存空間。所以如果在達(dá)到maxmemory并且調(diào)用方還在不斷寫(xiě)入的情況下，可能會(huì)反復(fù)觸發(fā)主動(dòng)清理策略，導(dǎo)致請(qǐng)求會(huì)有一定的延遲。

清理時(shí)會(huì)根據(jù)用戶(hù)配置的maxmemory-policy來(lái)做適當(dāng)?shù)那謇?一般是LRU或TTL)，這里的LRU或TTL策略并不是針對(duì)redis的所有key，而是以配置文件中的maxmemory-samples個(gè)key作為樣本池進(jìn)行抽樣清理。

總結(jié)與備忘

如果Redis中每天過(guò)期大量Key(比如幾千萬(wàn))，那么必須得考慮過(guò)期Key的清理：

增加Redis主動(dòng)清理的頻率(通過(guò)調(diào)大hz參數(shù));

手動(dòng)清理過(guò)期Key，最簡(jiǎn)單的方法是進(jìn)行scan操作，scan操作會(huì)觸發(fā)***種被動(dòng)刪除，scan操作時(shí)候別忘了加count;

dbsize命令返回的Key數(shù)量，包含了過(guò)期Key;

randomkey命令返回的Key，不包含過(guò)期Key;

scan命令返回的Key，包含過(guò)期Key;

info命令返回的# Keyspace：

db6:keys=1034937352,expires=994731489,avg_ttl=507838502

keys對(duì)應(yīng)的Key數(shù)量等同于dbsize;

expires指的是設(shè)置了過(guò)期時(shí)間的Key數(shù)量;

avg_ttl指設(shè)置了過(guò)期時(shí)間的Key的平均過(guò)期時(shí)間(單位：毫秒);