Redis 中如何优化过期 key 的清理？

Redis 是一个高性能的内存数据库，常用于缓存和数据存储。在 Redis 中，key 有过期时间的概念，可以设置过期时间，过期后 Redis 会自动将这个 key 删除。然而，Redis 的过期键清理是通过定期扫描过期键来实现的，这样会占用大量的 CPU 时间和内存带宽。为了解决这个问题，我们需要优化 Redis 中过期键的清理。

1. Redis 过期键清理的原理

Redis 中的过期键清理是通过定期扫描过期键来实现的。Redis 会每秒执行一次过期键扫描，扫描的时间取决于 Redis 的配置。扫描过程中，Redis 会比较当前时间和键的过期时间，将过期的键删除。

但是，这种过期键清理方式有一个很大的缺点：定期扫描会占用大量的 CPU 时间和内存带宽。因为 Redis 中有很多过期键，如果每秒扫描一次，就会占用大量的 CPU 时间和内存带宽。因此，我们需要优化 Redis 中过期键的清理。

2. Redis 过期键清理的优化方法

2.1 惰性删除

惰性删除是指在获取 key 的同时，检查 key 是否过期，如果过期就删除。这种方式可以减少定期扫描的次数，减少 CPU 时间和内存带宽的占用。

示例代码：

import redis

class RedisWrapper:
    def __init__(self, host, port):
        self.redis = redis.Redis(host=host, port=port)

    def get(self, key):
        value = self.redis.get(key)
        if value is not None and self.redis.ttl(key) == 0:
            self.redis.delete(key)
            value = None
        return value

2.2 定期删除

定期删除是指定期删除一部分过期键，减少定期扫描的次数。这种方式可以减少 CPU 时间和内存带宽的占用。

示例代码：

import redis

class RedisWrapper:
    def __init__(self, host, port):
        self.redis = redis.Redis(host=host, port=port)

    def delete_expired_keys(self):
        cursor = 0
        while True:
            cursor, keys = self.redis.scan(cursor=cursor, match='*', count=1000)
            for key in keys:
                if self.redis.ttl(key) == 0:
                    self.redis.delete(key)
            if cursor == 0:
                break

2.3 延迟删除

延迟删除是指在键过期后，不立即删除，而是将过期键放入一个队列中，定期扫描队列中的过期键，将过期键删除。这种方式可以减少定期扫描的次数，减少 CPU 时间和内存带宽的占用。

示例代码：

import redis

class RedisWrapper:
    def __init__(self, host, port):
        self.redis = redis.Redis(host=host, port=port)
        self.expired_keys_queue = 'expired_keys_queue'

    def add_key_to_queue(self, key):
        self.redis.zadd(self.expired_keys_queue, {key: time.time() + self.redis.ttl(key)})

    def delete_expired_keys(self):
        now = time.time()
        keys = self.redis.zrangebyscore(self.expired_keys_queue, 0, now, start=0, num=1000)
        if keys:
            self.redis.zrem(self.expired_keys_queue, *keys)
            self.redis.delete(*keys)

3. 总结

优化 Redis 中过期键的清理可以减少定期扫描的次数，减少 CPU 时间和内存带宽的占用。本文介绍了三种优化方式：惰性删除、定期删除和延迟删除。在实际应用中，可以根据实际情况选择合适的优化方式，提高 Redis 的性能。

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