详解Redis 缓存删除机制(源码解析)

Redis 缓存删除机制是 Redis 中非常重要的一个部分，它决定了 Redis 的内存使用效率和缓存的有效性，本文将详细解析 Redis 的缓存删除机制，包括过期策略、淘汰策略以及相关源码分析。

1. 过期策略

Redis 提供了两种过期策略：定时删除和惰性删除。

1.1 定时删除

定时删除是指在设置键值对的同时，为该键值对设置一个过期时间，当过期时间到达时，Redis 会自动删除该键值对，定时删除的优点是可以保证缓存数据的时效性，缺点是可能会造成内存浪费，因为有些键值对可能一直没有被访问到，但是它们仍然占用了内存。

1.2 惰性删除

惰性删除是指在每次获取键值对时，判断该键值对是否已经过期，如果过期了，就删除该键值对；如果没有过期，就返回该键值对，惰性删除的优点是可以节省内存，因为它只会删除真正被访问到的键值对；缺点是可能会导致缓存数据的不一致性，因为有些键值对可能已经被访问过，但是它们还没有被删除。

2. 淘汰策略

当 Redis 的内存不足以存储所有的键值对时，需要采用淘汰策略来释放一些键值对，Redis 提供了以下四种淘汰策略：

2.1 noeviction

当内存不足以容纳新写入的数据时，新写入操作会报错，这是默认策略。

2.2 allkeyslru

当内存不足以容纳新写入的数据时，在键空间中，移除最近最少使用的 key。

2.3 volatilelru

当内存不足以容纳新写入的数据时，在设置了过期时间的键空间中，移除最近最少使用的 key，如果没有设置过期时间的键值对，那么它会和 allkeyslru 策略一样。

2.4 allkeysrandom

当内存不足以容纳新写入的数据时，在键空间中，随机移除某个 key。

2.5 volatilerandom

当内存不足以容纳新写入的数据时，在设置了过期时间的键空间中，随机移除某个 key，如果没有设置过期时间的键值对，那么它会和 allkeysrandom 策略一样。

2.6 volatilettl

当内存不足以容纳新写入的数据时，在设置了过期时间的键空间中，有更早过期时间的 key 优先移除。

3. 源码解析

下面我们来看一下 Redis 是如何实现这些过期策略和淘汰策略的，我们需要了解 Redis 中的两个重要结构：字典（dict）和有序集合（zset），字典用于存储键值对，有序集合用于存储带有分数（score）的键值对。

3.1 定时删除源码解析

定时删除的实现主要依赖于字典的过期属性（expire）和定时器（timer），当设置一个键值对时，可以为该键值对设置一个过期时间，过期时间是通过字典的过期属性来存储的，Redis 会启动一个定时器，当定时器到达过期时间时，就会触发一个事件，这个事件的处理函数就是删除过期的键值对，定时器的实现依赖于操作系统提供的定时器 API。

3.2 惰性删除源码解析

惰性删除的实现主要依赖于字典的过期属性和字典的操作函数（如 get、set、del），当获取一个键值对时，首先判断该键值对是否已经过期，如果过期了，就删除该键值对；如果没有过期，就返回该键值对，判断键值对是否过期的方法是读取字典的过期属性，删除和更新键值对的方法是调用字典的操作函数。

4. 相关问题与解答

Q1: Redis 的过期策略和淘汰策略有什么区别？

A1: 过期策略是针对单个键值对的，它决定了一个键值对何时会被删除；而淘汰策略是针对整个键空间的，它决定了当内存不足以容纳新写入的数据时，应该选择哪个键值对进行删除。

Q2: 为什么定时删除可能会导致内存浪费？

A2: 因为定时删除是在设置键值对时就为其设置了一个过期时间，但是有些键值对可能一直没有被访问到，但是它们仍然占用了内存，这就导致了内存的浪费。

Q3: 为什么惰性删除可能会导致缓存数据的不一致性？

A3: 因为惰性删除是在每次获取键值对时才判断其是否已经过期，如果一个键值对已经过期了，但是它还没有被访问到，那么它就不会立即被删除，这就导致了缓存数据的不一致性。