Redis精准定位失效时间突破极限（redis查失效时间）

Redis是一个高性能的内存数据库系统，以其快速的读写速度和丰富的数据结构而被广泛应用于实时应用程序中。Redis 对失效时间的定位是其强大功能之一，但是当需要处理数千万个键值对的时候，Redis就会遇到性能瓶颈，不能满足高并发应用程序的需求。

本文将介绍 Redis 的命令和技术，帮助你从根本上优化 Redis 的性能，精准定位失效时间，从而突破 Redis 性能的极限。

一、Redis缓存

缓存是指暂时将数据存储在较快的存储介质中，以提高访问速度。Redis 是一个高性能的内存数据库系统，是一种很好的缓存技术，它使用内存提供快速的键值存储和检索，而且其数据结构的灵活性非常高。据官方测试，Redis 的读写速度能够达到每秒数百万次。

二、Redis定位失效时间

Redis 的性能优化中，最重要的是对失效时间的准确定位。在缓存的使用中，键值对保存了一段时间，过期的数据是需要清理的。当数据量达到一定规模时，定位失效时间会变得非常困难，而 Redis 就是优秀地解决了这个问题。

在 Redis 中，当一个缓存键过期时，系统通过一个定时器来处理失效事件，这个定时器被称为“过期键队列”，结构如下：

struct redisDb {
    // ...
    struct dict *expires;    // 保存失效键的字典
    // ...
}
struct dict {
    // ...
    dictht ht[2]; /* 哈希表 */
    // ...
}

struct dictEntry {
    void *key; // 缓存键
    void *val; // 缓存值
    // ...
}

struct dictHt {
     dictEntry **table; // 保存dictEntry指针的数组
     // ...
}

其中，dict 是 Redis 中的字典结构，dictEntry 是字典中的键值对，dictHt 是 dict 中的哈希表结构。过期键队列实际上就是 expires 字典，它里面存储了所有的失效键。expires 字典的键是缓存的键，值是失效时间，以 UNIX 时间戳表示。

当 Redis 处理过期键队列中的键值对时，其实是依据以下两个步骤进行

1. 定期删除：

Redis 定时器会定期的将一些失效的键从 expires 字典中清理出去，以减小 expires 字典的大小。这个时间间隔是由参数 expires_frequency 决定的，这个参数可以通过修改 redis.conf 文件进行调整。默认的过期时间是 100ms，这意味着每 100ms 调度一次定时器，清理一批过期键值对。在大多数情况下，我们不需要修改这个时间间隔。

2. 删除命令：

Redis 还提供了一种命令，用于删除键值对，这个命令就是 DEL 命令。

DEL key [key ...]

当我们调用 DEL 命令来删除某个缓存键时，Redis 会将该键从哈希表中删除，并将其从过期键队列中清除。

三、 Redis定位失效时间的算法

在 Redis 中，处理失效键队列的秘诀就是采用多路有序链表算法。多路有序链表就是多条链表，每条链表的元素是按照失效时间排序，越早失效的在越前面。在 Redis 中，每个 expires 键值对的多路有序链表都是有序的。例如，一个过期键队列如下：

expires={
key1 -> 222,
key2 -> 111,
key3 -> 333,
}

这个过期键队列中有 3 个键值对，各自的失效时间分别是 111，222 和 333。Redis 将这些键值对按照失效时间从早到晚排序，并将其存储在多条链表中。在这个例子中，Redis 会创建 3 条链表，每条链表按照失效时间从小到大存储对应失效时间的所有键值对。

为了提高性能，Redis 利用 zskiplist 的数据结构来存储多路有序链表。zskiplist 是 C 语言提供的一种高效的跳表算法，zskiplist 内部各级指针指向了下一级指针所在的位置，这样在访问链表时可以实现跳跃式的访问，从而高效地遍历数据。

四、精准定位失效时间

利用 Redis 的多路有序链表，我们可以实现在锁住任何一个键值对的情况下，快速高效地定位失效时间。例如，如果我们想在 Redis 中查找时间戳为 123456 的缓存键的失效时间，我们可以执行以下命令：

redis> ZRANGEBYSCORE expires 123456 +inf LIMIT 0 1

这段命令将因缓存键的失效时间范围在 [123456,+inf)，可以匹配的元素就是时间戳为 123456 的缓存键值对。为了提高效率，我们使用了 ZRANGEBYSCORE 命令，它会在多路有序链表中快速寻找指定范围内的所有键值对，然后将结果返回给客户端。

需要注意的是，对于一个键值对来说，过期时间是一个非常重要的参数，它的值必须精确执行才能保证数据的一致性，因此在 Redis 中，我们必须尽可能地保证过期时间的准确性。

常见的过期时间的误差有两种：

1. 时间粒度的误差

Redis 定时器的执行时间是由系统内核定时器提供的，它受到系统负载的影响。当带宽紧张时，系统的整体延迟会增加，定时器的执行时间也会相应延迟。这个误差对于 Redis 内部来说不是很重要，但是在某些实时应用场景中可能会影响数据的一致性。

2. 过期时间误差

对于定期删除机制，由于它只在某些指定的时间点运行，所以它可能会造成缓存键在其过期时间之后仍然存在的情况。虽然这种误差非常小，但是在某些场景下还是需要注意。

为了尽可能提高过期时间的准确性，Redis 建议使用带有 P 前缀的函数，如 PEXPIRE 和 PEXPIREAT。这些函数允许我们使用毫秒级的时间粒度来设置过期时间，能够避免以上 2 种误差。

在使用 Redis 进行缓存优化时，准确的失效时间是非常重要的，这将极大地影响 Redis 的性能。通过以上介绍，我们了解了 Redis 处理失效时间的算法和命令，以及定位失效时间的技巧和过期时间的误差问题。掌握了这些知识，我们可以将 Redis 的性能提升到极致，为我们的应用服务。