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聰明的Redis: 優(yōu)雅應(yīng)對(duì)過(guò)期場(chǎng)景
Redis是一種高性能的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)，廣泛應(yīng)用于緩存、隊(duì)列、實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)等領(lǐng)域。但是，Redis的內(nèi)存有限，當(dāng)內(nèi)存不足時(shí)，就需要對(duì)緩存數(shù)據(jù)進(jìn)行淘汰。Redis提供多種淘汰策略，常用的有：LRU（最近最少使用）、LFU（最不常用）等。但是，這些策略無(wú)法滿足所有場(chǎng)景，例如定時(shí)過(guò)期等，就需要額外的處理。
在Redis中，設(shè)置過(guò)期時(shí)間的數(shù)據(jù)稱為“過(guò)期鍵”。當(dāng)訪問(wèn)一個(gè)過(guò)期鍵時(shí)，Redis會(huì)刪除該鍵并返回nil。為了維護(hù)過(guò)期鍵，Redis采用了一種稱為“惰性刪除”的機(jī)制，即在訪問(wèn)數(shù)據(jù)時(shí)檢查其是否過(guò)期，如果發(fā)現(xiàn)過(guò)期就刪除。這種機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)是占用內(nèi)存更少，但是會(huì)導(dǎo)致訪問(wèn)過(guò)期鍵時(shí)增加延遲。為了避免延遲，可以通過(guò)定時(shí)刪除或主動(dòng)刪除過(guò)期鍵。
定時(shí)刪除過(guò)期鍵
定時(shí)刪除過(guò)期鍵的原理很簡(jiǎn)單：為每個(gè)過(guò)期鍵設(shè)置定時(shí)器，在過(guò)期時(shí)間達(dá)到時(shí)刪除鍵。Redis提供了兩種方式實(shí)現(xiàn)定時(shí)刪除：定時(shí)器和惰性刪除結(jié)合使用和Redis自帶的過(guò)期鍵刪除機(jī)制。下面分別介紹這兩種方式的實(shí)現(xiàn)。
定時(shí)器和惰性刪除結(jié)合使用
通過(guò)定時(shí)器和惰性刪除結(jié)合使用，可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)刪除過(guò)期鍵。具體實(shí)現(xiàn)如下：
1. 定義一個(gè)函數(shù)timed_delete，該函數(shù)獲取所有鍵的到期時(shí)間，并找出其中最早的時(shí)間，然后通過(guò)定時(shí)器在該時(shí)間到達(dá)時(shí)調(diào)用timed_delete函數(shù)，遞歸調(diào)用直到?jīng)]有過(guò)期鍵為止。
2. 接著，在Redis啟動(dòng)時(shí)調(diào)用timed_delete函數(shù)，然后在Redis執(zhí)行命令時(shí)，同時(shí)檢查惰性刪除是否已經(jīng)刪除過(guò)期鍵。
Redis中提供了KEYs命令可以獲取所有鍵，通過(guò)TTL命令可以獲取過(guò)期鍵的過(guò)期時(shí)間。
代碼實(shí)現(xiàn)如下：
“`python
import redis
import threading
import time
redis_client = redis.Redis()
def timed_delete():
keys = redis_client.keys(‘*’)
if len(keys) > 0:
min_ttl = min(redis_client.ttl(key) for key in keys if redis_client.ttl(key) > 0)
if min_ttl > 0:
threading.Timer(min_ttl, timed_delete).start()
for key in keys:
if redis_client.ttl(key) == -1:
continue
if redis_client.ttl(key) == 0:
redis_client.delete(key)
timed_delete()
Redis自帶的過(guò)期鍵刪除機(jī)制
Redis自帶了一種自動(dòng)刪除過(guò)期鍵的機(jī)制，具體實(shí)現(xiàn)如下：
1. 設(shè)置過(guò)期時(shí)間時(shí)，將過(guò)期鍵插入一個(gè)有序集合，鍵名為“{eml:cache}:expire_set”，分值為過(guò)期時(shí)間。
2. 總是獲取最早的過(guò)期鍵，通過(guò)定時(shí)器在該時(shí)間到達(dá)時(shí)調(diào)用過(guò)期鍵刪除函數(shù)，該函數(shù)獲取有序集合中分值最小的元素，并從有序集合中刪除該元素，然后刪除對(duì)應(yīng)的鍵。
代碼實(shí)現(xiàn)如下：
```python
import redis
import time
KEY_EXPIRE_SET = '{eml:cache}:expire_set'
redis_client = redis.Redis()
def ttl_by_key(key):
ttl_datetime = redis_client.ttl(key)
if ttl_datetime is None:
return -1
return max(0, ttl_datetime)
def expire_set_delete():
while True:
now = time.time()
with redis_client.pipeline(transaction=False) as pipe:
pipe.zrangebyscore(KEY_EXPIRE_SET, 0, now).delete()
pipe.execute()
time.sleep(0.01)
expire_set_delete_thread = threading.Thread(target=expire_set_delete)
expire_set_delete_thread.setDaemon(True)
expire_set_delete_thread.start()
通過(guò)上述兩種方式，可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)刪除過(guò)期鍵，從而提高緩存的訪問(wèn)效率。
主動(dòng)刪除過(guò)期鍵
除了定時(shí)刪除過(guò)期鍵外，還可以通過(guò)主動(dòng)刪除過(guò)期鍵來(lái)避免訪問(wèn)過(guò)期鍵時(shí)增加延遲。主動(dòng)刪除過(guò)期鍵依賴于Redis提供的key space notification機(jī)制，該機(jī)制可以在鍵被刪除時(shí)發(fā)送通知。具體實(shí)現(xiàn)如下：
1. 啟用key space notification機(jī)制。
2. 創(chuàng)建一個(gè)pub/sub客戶端，訂閱“__keyspace@0__:del”頻道，并設(shè)置回調(diào)函數(shù)，在回調(diào)函數(shù)中刪除過(guò)期鍵。
代碼實(shí)現(xiàn)如下：
“`python
import redis
redis_client = redis.Redis()
def delete_expired_keys(event):
key = event[‘data’]
redis_client.delete(key)
pubsub = redis_client.pubsub()
pubsub.psubscribe(‘__keyspace@0__:del’)
for message in pubsub.listen():
if message[‘type’] == ‘pmessage’:
delete_expired_keys(message)
通過(guò)上述方式，可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)刪除過(guò)期鍵，并提高緩存的訪問(wèn)效率。
結(jié)論
Redis是一種高性能的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)，我們可以通過(guò)設(shè)置過(guò)期時(shí)間的方式實(shí)現(xiàn)緩存的過(guò)期。但是，過(guò)期鍵的管理需要額外處理。通過(guò)定時(shí)刪除和主動(dòng)刪除兩種方式，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)雅地應(yīng)對(duì)過(guò)期場(chǎng)景。我們可以根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景選擇合適的方式實(shí)現(xiàn)過(guò)期鍵的管理，從而提高Redis的性能和可靠性。
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