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面试考察点

面试官提出这个问题，通常意在考察以下几个层面：

1. 对缓存数据生命周期管理的理解：你是否清楚 Redis 作为缓存或数据库，需要有自动清理过期数据的能力。

2. 对 Redis 核心机制的掌握深度：不仅仅是知道策略名称，更想知道你对其底层实现原理、协同工作方式的了解程度。

3. 对系统资源与性能权衡的认知：如何设计过期策略才能在内存利用率、CPU 消耗、数据一致性之间取得平衡。

4. 理论联系实际的能力：能否将策略与内存淘汰策略结合，并在实际开发中（如缓存穿透、雪崩）正确应用。

核心答案

Redis 的过期策略主要包含两个核心机制：惰性删除和定期删除。它们是 Redis 用来清理过期 Key、回收内存的主要手段。此外，当这些策略无法及时释放足够内存时，会触发内存淘汰策略作为最后防线。

简单概括：

• 惰性删除：访问 Key 时才检查并删除。

• 定期删除：周期性抽样检查并删除。

• 内存淘汰策略：内存不足时，按规则淘汰 Key（包括未过期的）。

深度解析

原理/机制

1. 惰性删除 (Lazy Expiration)

• 原理：当客户端尝试访问一个 Key 时，Redis 会先检查该 Key 是否设置了过期时间以及是否已过期。如果过期，则立即删除该 Key，并向客户端返回nil。这是一种被动、延迟的清理方式。

• 优点：对 CPU 友好，只有在必须时才进行删除操作，不会在无关的 Key 上消耗计算资源。

• 缺点：对内存不友好。如果一个过期 Key 永远不再被访问，它将永远占用内存，造成内存泄漏。惰性删除是保证 Redis 性能的第一道屏障。

• 定期删除 (Periodic Expiration)

  原理：为了弥补惰性删除的缺陷，Redis 会周期性地（默认每秒 10 次，即每 100ms）主动执行一次过期 Key 清理。这个过程是自适应的：

• • • 每次从设置了过期时间的 Key 字典中，随机抽取一定数量（默认 20 个）的 Key。

    • 检查并删除其中已过期的 Key。

    • 如果本轮抽查中，过期 Key 的比例超过 25%，则重复执行抽查删除过程，直到过期 Key 比例降至 25% 以下，或者本次定期删除耗时过长（防止阻塞主线程）。

  • 优点：通过限制执行时间和频率，减少了对主线程的阻塞，同时一定程度上减少了“永远不访问的过期 Key”造成的内存浪费。

  • 缺点：它仍然是一种抽样和妥协的方案。难以完全精确地删除所有过期 Key，在 Key 数量巨大时，仍可能有部分过期 Key 残留。

• 内存淘汰策略 (Eviction Policies)

  定位：这是过期策略的补充和兜底机制。当 Redis 内存使用达到maxmemory配置的阈值，且新写入数据时，如果惰性和定期删除没能及时释放空间，就会触发内存淘汰。

  8 种策略（Redis 7.x）：

• • noeviction（默认）：拒绝新写入，报错。适用于确需保留全部数据的场景。

  • allkeys-lru/volatile-lru：使用 LRU（最近最少使用）算法淘汰 Key。前者针对所有 Key，后者只针对设置了过期时间的 Key。

  • allkeys-lfu/volatile-lfu：使用 LFU（最不经常使用）算法淘汰 Key。LFU 比 LRU 更能精准识别热点数据。

  • allkeys-random/volatile-random：随机淘汰 Key。

  • volatile-ttl：优先淘汰过期时间更短（TTL 更小）的 Key。

  “

  注意：volatile-xxx策略只在设置了过期时间的 Key 中淘汰，但如果这部分内存不足以满足新需求，依然会触发noeviction类似的行为（报错）。生产环境常用allkeys-lru或allkeys-lfu。

  协同工作原理

  这两种删除策略与内存淘汰策略共同构成了 Redis 的内存管理闭环：

  // 伪代码逻辑示意 public Object get(String key) { // 1. 惰性删除：访问时检查 if (key.expired) { deleteKey(key); returnnull; } return data; } public void periodicTask() { // 2. 定期删除：后台循环任务 do { sampledKeys = randomSample(expiredKeyDict, 20); deletedCount = deleteExpiredKeys(sampledKeys); } while (deletedCount / 20.0 > 0.25 && timeLimitNotExceeded()); } public boolean writeData(String key, Object value) { // 3. 写入前检查内存，触发淘汰策略 if (usedMemory >= maxMemory) { if (!executeEvictionPolicy()) { // 执行配置的淘汰策略（如LRU） if (policy == “noeviction”) { thrownew RedisOOMError(); // 内存不足错误 } } } // ... 执行写入 }

  1. 每次读取操作都伴随一次惰性删除检查。

  2. 定期任务每秒运行多次，抽样清理，防止内存无限增长。

  3. 当内存触顶，写入操作会触发配置的淘汰策略，移除一些 Key（可能是过期的，也可能是未过期的）来腾出空间。

  最佳实践与常见误区

  • 最佳实践：

  1. 根据业务形态选择淘汰策略：例如，缓存系统优先使用allkeys-lru；需要保留热点长期数据、只缓存临时数据的场景，可使用volatile-lru。

  2. 合理设置过期时间：避免大量 Key 在同一时间点过期，防止定期删除压力陡增和缓存雪崩。可以添加随机偏移值，例如：expire = base_time + random(0, 300)。

  3. 监控expired_keys指标：通过info stats命令查看，了解过期 Key 的清理速度是否正常。

• 常见误区：

• 1. 误区一：“设置了过期时间，Key 到点就会立即被删除。” —— 错。删除依赖于惰性访问或定期扫描，存在延迟。

  2. 误区二：“volatile-lru只淘汰过期的 Key。” —— 错。它只从设置了过期时间的 Key 池子里淘汰，但淘汰的依据是 LRU 算法，被淘汰的 Key 在淘汰那一刻可能并没过期。

  3. 误区三：“内存淘汰策略可以替代过期策略。” —— 错。过期策略是主动管理生命周期，淘汰策略是内存不足时的应急措施。二者目的不同，需配合使用。

  总结

  Redis 通过惰性删除和定期删除的组合拳来管理 Key 过期，在 CPU 和内存效率之间取得了平衡，并以可配置的内存淘汰策略作为内存不足时的最终保障；理解这套机制对于设计高性能、高可用的缓存架构至关重要。

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