redis缓存过期策略探索（redis过期场景）

Redis缓存过期策略探索

Redis是一种流行的开源内存缓存工具，用于加速数据访问并减轻数据库负载。作为一种缓存工具，缓存过期是Redis的重要特性之一。Redis提供了多种缓存过期策略，可以根据不同的应用场景选择适合的过期策略。

常用的过期策略有TTL（生存时间）和LRU（最近最少使用）。TTL是指缓存键值对的存活时间，超过存活时间后Redis会自动删除该键值对。LRU是指最近最少使用，这种过期策略会自动删除最近最少使用的键值对。这两种过期策略虽然简单易用，但在某些场景下可能无法满足需求。

比如，在一些业务场景下，需要根据用户活跃情况动态调整缓存过期时间，以保证数据的准确性、时效性和存储空间的有效利用。这时候，就需要一种更加灵活的缓存过期策略。

自定义过期策略

Redis提供了自定义缓存过期策略的方式，可以通过Redis的钩子机制，在指定的时间点进行特定操作。Redis支持的钩子机制包括两种：键空间通知和Lua脚本钩子。

键空间通知是Redis提供的一种事件通知机制，当Redis数据库中的某个键值对发生变化时，会触发与之对应的事件通知。可以利用这种机制，在键值对过期时触发相关调用逻辑，灵活地实现自己的缓存过期策略。具体来说，可以通过Redis提供的expire、setex和pexpire命令设置键值对的过期时间，当键值对过期时，会自动触发相关的钩子函数。

以下是一个简单的示例，展示了如何利用键空间通知机制实现自定义过期策略。

import redis
pool = redis.ConnectionPool(host='localhost', port=6379, db=0)
r = redis.Redis(connection_pool=pool)
def process_expired_keys(event):
    key = event['data'].decode('utf-8')
    print("Key expired:", key)
    # do something when the key expired
# subscribe to keyspace events
r.config_set('notify-keyspace-events', 'Ex')
p = r.pubsub()
p.psubscribe('__keyevent@0__:expired')
p.listen()

# set a key with a 5 seconds TTL
r.setex('test_key', 5, 'test_value')
# wt for the key to expire
while True:
    message = p.get_message()
    if message:
        print("Message received:", message)
        if message['type'] == 'pmessage':
            event = message['data']
            process_expired_keys(event)
    time.sleep(0.001)

上述例子中，首先订阅键空间通知事件，并通过config_set方法设置监听的事件类型为‘Ex’，表示监听键值对过期事件。然后通过setex方法设置一个test_key，过期时间为5秒。接下来进入一个循环中，等待键值对过期事件的触发。当键值对过期时，会触发相应的监听事件，此时调用process_expired_keys函数，实现自定义的过期逻辑。

Lua脚本钩子是另一种钩子机制，可以通过Redis提供的eval命令，在Lua脚本中编写自定义的过期策略。Lua脚本钩子具有与键空间通知相似的特点，可以在指定时间点执行自定义的Lua脚本。但与键空间通知相比，Lua脚本钩子的灵活性更高，可以实现更复杂的过期逻辑。

以下是一个示例，展示了如何利用Lua脚本钩子实现自定义过期策略。

import redis
pool = redis.ConnectionPool(host='localhost', port=6379, db=0)
r = redis.Redis(connection_pool=pool)
# define Lua script to process expired keys
lua_script = """
local expired_keys = redis.call('ZRANGEBYSCORE', 'my_keys', '-inf', ARGV[1])
if #expired_keys > 0 then
    for i = 1, #expired_keys do
        redis.call('DEL', expired_keys[i])
    end
    redis.call('ZREMRANGEBYSCORE', 'my_keys', '-inf', ARGV[1])
    return #expired_keys
end
return 0
"""
def process_expired_keys():
    timestamp = int(time.time())
    # execute Lua script to process expired keys
    num_expired_keys = r.eval(lua_script, 0, timestamp)
    print("Expired keys:", num_expired_keys)

# add test keys with scores
r.zadd('my_keys', 'NX', 0, 'key1')
r.zadd('my_keys', 'NX', 0, 'key2')
r.zadd('my_keys', 'NX', 0, 'key3')
# wt for keys to expire
while True:
    process_expired_keys()
    time.sleep(1)

上述例子中，首先使用zadd命令向有序集合‘my_keys’中添加三个键值对，初始score为0。接着进入一个循环中，每隔一秒执行一次process_expired_keys函数，该函数通过Lua脚本实现了过期键值对的查找和删除。具体来说，首先使用ZRANGEBYSCORE命令查找score小于当前时间戳的所有键值对，并遍历这些键值对，使用DEL命令删除它们。使用ZREMRANGEBYSCORE命令删除score小于当前时间戳的所有键值对。

总结

Redis提供了灵活的缓存过期策略，可以根据不同的应用场景选择适合的过期策略。除了常用的TTL和LRU之外，自定义过期策略是一种更加灵活的选择。可以利用Redis的钩子机制，实现自定义的过期逻辑，满足不同的需求。钩子机制分为键空间通知和Lua脚本钩子两种，针对不同的应用场景可以选择不同的钩子机制。对于一些需要实现高级缓存功能的应用场景，自定义过期策略是一个不错的选择。