Redis如何清除过期key？一篇文章带你走近源码！ _Redis

“叮……”，美好的周六就这么被一阵钉钉消息吵醒了。
业务组的同学告诉我说很多用户的帐号今天被强制下线。我们的帐号系统正常的逻辑是用户登录一次后，token的有效期可以维持一天的时间。现在的问题是用户大概每10分钟左右就需要重新登录一次。这种情况一般有两种原因：

1、token生成时出问题。
2、验证token时出现问题。

通过检查日志，我发现是验证token时，redis中已经没有对应的token了。并且确定了生成新的token时，set到Redis中的有效期是正确的，那么就基本可以确定是Redis的问题了。
于是又去检查了Redis的监控，发现在那段时间Redis由于内存占用过高强制清理了几次key 。但从日志上来看，这段时间并没有出现流量暴涨的情况，而且Redis中key的数量也没有显著增加。那是什么原因导致Redis内存占用过高呢？确定了Redis内存升高不是我们造成的之后，我们又联系了业务组的同学协助他们，他们表示最近确实有上线，并且新上线的功能有使用到Redis 。但我仍然感觉很奇怪，为什么Redis中的key没有增多，并且没看到有其他业务的key 。经过一番询问，才了解到，业务组同学使用的是这个Redis的db1，而我用的（和刚查的）是db0 。这里确实是我在排查问题时出现了疏忽。
那么Redis的不同db之间会互相影响吗？通常情况下，我们使用不同的db进行数据隔离，这没问题。但Redis进行清理时，并不是只清理数据量占用最大的那个db，而是会对所有的db进行清理。在这之前我并不是很了解这方面知识，这里也只是根据现象进行的猜测。
好奇心驱使我来验证一下这个想法。于是我决定直接来看Redis的源码。清理key相关的代码在evict.c文件中。
Redis中会保存一个“过期key池”，这个池子中存放了一些可能会被清理的key 。其中保存的数据结构如下：

struct evictionPoolEntry {unsigned long long idle;/* Object idle time (inverse frequency for LFU) */sds key;/* Key name. */sds cached;/* Cached SDS object for key name. */int dbid;/* Key DB number. */};

其中idle是对象空闲时间，在Reids中，key的过期算法有两种：一种是近似LRU，一种是LFU 。默认使用的是近似LRU 。
近似LRU在解释近似LRU之前，先来简单了解一下LRU 。当Redis的内存占用超过我们设置的maxmemory时，会把长时间没有使用的key清理掉。按照LRU算法，我们需要对所有key（也可以设置成只淘汰有过期时间的key）按照空闲时间进行排序，然后淘汰掉空闲时间最大的那部分数据，使得Redis的内存占用降到一个合理的值。
LRU算法的缺点是，我们需要维护一个全部（或只有过期时间）key的列表，还要按照最近使用时间排序。这会消耗大量内存，并且每次使用key时更新排序也会占用额外的CPU资源。对于Redis这样对性能要求很高的系统来说是不被允许的。
因此，Redis采用了一种近似LRU的算法。当Redis接收到新的写入命令，而内存又不够时，就会触发近似LRU算法来强制清理一些key 。具体清理的步骤是，Redis会对key进行采样，通常是取5个，然后会把过期的key放到我们上面说的“过期池”中，过期池中的key是按照空闲时间来排序的，Redis会优先清理掉空闲时间最长的key，直到内存小于maxmemory 。
近似LRU算法的清理效果图如图（图片来自Redis官方文档）

文章插图

这么说可能不够清楚，我们直接上代码。
源码分析

文章插图

上图展示了代码中近似LRU算法的主要逻辑调用路径。
其中主要逻辑是在freeMemoryIfNeeded函数中
首先调用getMaxmemoryState函数判断当前内存的状态

int getMaxmemoryState(size_t *total, size_t *logical, size_t *tofree, float *level) {size_t mem_reported, mem_used, mem_tofree;mem_reported = zmalloc_used_memory();if (total) *total = mem_reported;int return_ok_asap = !server.maxmemory || mem_reported <= server.maxmemory;if (return_ok_asap && !level) return C_OK;mem_used = mem_reported;size_t overhead = freeMemoryGetNotCountedMemory();mem_used = (mem_used > overhead) ? mem_used-overhead : 0;if (level) {if (!server.maxmemory) {*level = 0;} else {*level = (float)mem_used / (float)server.maxmemory;}}if (return_ok_asap) return C_OK;if (mem_used <= server.maxmemory) return C_OK;mem_tofree = mem_used - server.maxmemory;if (logical) *logical = mem_used;if (tofree) *tofree = mem_tofree;return C_ERR;}

如果使用内存低于maxmemory的话，就返回C_OK，否则返回C_ERR 。另外，这个函数还通过传递指针型的参数来返回一些额外的信息。