强可用的Redis多线程实现高效的过期管理（redis过期 多线程）

在大规模分布式系统中，Redis已经成为了最流行的缓存和数据存储方案之一。然而，为了保证Redis系统的高可用性，运维人员需要采取一系列措施，其中最重要的就是对Redis键的过期时间进行管理。

传统的Redis采用单线程方式对键的过期时间进行管理，这种方式虽然保证了数据一致性，但是在高并发场景下会造成性能瓶颈。为了解决这个问题，Redis 4.0引入了多线程方式实现过期管理，大大提升了Redis的性能。

多线程方式实现高效的过期管理

Redis的多线程方式实现过期管理的原理是将Redis键值对按照过期时间进行排序，将快要过期的数据优先淘汰。Redis将过期时间轮（Expire wheel）划分为多个时间槽，每个时间槽对应一个过期时间，Redis在每个时间槽中维护一个链表结构，存储在这个时间槽内过期的键值对。Redis通过多个线程定时移动时间槽，将过期时间较短的键值对优先淘汰，从而达到高效的过期管理。

下面是Redis多线程方式实现过期管理的代码：

#define REDIS_EXPIRELOOKUPS_PER_LOOP 20
void activeExpireCycle(int type) {
    /* 定义时钟的处理周期 */
    long long start = ustime(), timelimit_exit = 0, timelimit_us = 0;
    unsigned int expired = 0;
    if (server.masterhost && server.repl_slave_ro == 1) return;

    /* 如果Redis是开启写保护的，直接返回 */
    if (server.activerehashing) return;
    if (type == ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_FAST)
        timelimit_us = 1000;
    else
        timelimit_us = server.maxmemory_samples ? 0 : 100000;
    /* 如果Redis有设置最大循环时间，则使用它 */
    if (server.maxmemory_samples != 0) {
        timelimit_exit = start + (1000000/server.hz)*server.maxmemory_samples;
    }
    /* 停止keys迭代器 */
    signalFlushedDb(-1);
    while(1) {
        long long now;
        int j;

        /* 如果达到了我们的定义的过期处理扫描次数，需要退出循环。 */
        if (type == ACTIVE_EXPIRE_CYCLE_FAST)
            timelimit_exit = start + 1000;
        if (server.maxmemory_samples != 0) {
            if (ustime() > timelimit_exit) break;
        }
        /* 记录当前的时间戳 */
        now = mstime();
        /* 减少计数器的值 */
        if (server.lazyfree_lazy_expire) lazyfreeTryExpire(now);
        /* 需要分配候选键数组，该数组用来记录到期的键 */
        if (expired_entries_pool_size 
            populateExpiredArray();

        /* 遍历所有哈希表，查找到期键 */
        for (j = 0; j 
            int expired_this_loop = 0;

            /* 获得当前数据库 */
            redisDb *db = server.db+j;
            /* 因为执行过期操作时，需要修改键而且Redis是事件驱动的，
               如果在过期操作时有其它操作正在进行，可能会产生冲突
               所以，该库必须被标记 */
            if (dictSize(db->expires)) {
                dictEntry *de;
                de = dictFind(db->expires,dictGetSomeKeys(db->expires));
                if (de) {
                    long long t = dictGetSignedIntegerVal(de)-now;
                    /* 如果该键已经过期，将其淘汰 */
                    if (t 
                        flushdbAsync(j);
                        expired+=dictSize(db->expires);
                        continue;
                    }
                    /* 计算出该时间槽所属的槽位 */
                    int i = (t/1000) 
                                (t/1000) : (REDIS_EXPIRELOOKUPS_PER_LOOP-1);
                    /* 将该键存储到该时间槽所属的链表中 */
                    expired_candidates[i][expired_count[i]] = de;
                    expired_count[i]++;
                }
            }
        }

        /* 遍历所有的时隙，逐个处理过期键值 */
        for (j = 0; j 
            dictEntry *de;
            if (expired_count[j] == 0) continue;
            /* 遍历当前时间槽的所有键值对 */
            while(expired_count[j]--) {
                de = expired_candidates[j][expired_count[j]];
                dictDelete(server.db[de->v.val].dict,dictGetKey(de));
                dictDelete(server.db[de->v.val].expires,dictGetKey(de));
                notifyKeyspaceEvent(REDIS_NOTIFY_EXPIRED,
                    "expired",dictGetKey(de),
                    dictGetKeyLength(de));
                decrRefCount(dictGetKey(de));
                server.dirty++;
                if (++expired >= REDIS_EXPIREDLOOKUPS_PER_CRON) break;
            }
            /* 如果达到最大过期键扫描次数，需要退出循环 */
            if (expired >= REDIS_EXPIREDLOOKUPS_PER_CRON) {
                goto end;
            }
        }
    }
end:
    /* 重置过期键候选数组 */
    expired_entries_pool_size = 0;
    memset(expired_candidates,0,sizeof(expired_candidates));
    memset(expired_count,0,sizeof(expired_count));

    /* 重置keys迭代器 */
    signalFlushedDb(-1);
}

如上面的代码所示，Redis在以上循环中处理过期键值对。具体而言，Redis将键值对存储在过期时间槽所属的链表中，每次清理的是快要过期的键，避免因为并发性能瓶颈而使Redis出现性能问题。

结语

采用多线程方式实现高效的过期管理方式是实现Redis高可用性的关键之一。通过优化Redis的过期管理方式，我们可以更好地保证Redis的性能和稳定性，为用户带来更好的使用体验。