面试题：Redis键生存时间优化算法的实际应用

Question

假设你正在开发一个高并发的缓存系统，其中大量使用Redis来存储临时数据。请设计一种基于Redis键生存时间的优化算法，以在保证数据及时性的同时，尽可能减少内存占用，并详细说明如何在实际代码中实现这个算法。

Answer 1

算法设计思路

1. 合理设置键的生存时间：根据数据的使用频率和时效性来设置不同的生存时间（TTL）。对于使用频率高且时效性短的数据，设置较短的TTL；对于使用频率低但仍需在一定时间内可用的数据，设置较长的TTL。
2. 数据预加载：提前加载可能会频繁访问的数据到缓存中，并设置合适的TTL，避免在高并发时频繁从后端数据源获取数据。
3. 惰性删除与定期删除结合：Redis本身采用惰性删除（访问键时发现过期才删除）和定期删除（后台定期扫描删除过期键）策略。在此基础上，我们可以在应用层主动监控内存使用情况，当内存使用率接近阈值时，主动删除部分过期或即将过期的键。

实际代码实现（以Python为例）

1. 安装Redis库：

pip install redis

2. 代码示例：

import redis
import time

# 连接Redis
r = redis.Redis(host='localhost', port=6379, db=0)

def set_with_ttl(key, value, ttl):
    r.setex(key, ttl, value)

def get_data(key):
    return r.get(key)

def monitor_memory_and_clean():
    # 获取当前内存使用情况
    info = r.info('memory')
    used_memory = info['used_memory']
    total_memory = info['total_system_memory']
    memory_percentage = used_memory / total_memory

    if memory_percentage > 0.8:  # 内存使用率超过80%时进行清理
        keys = r.keys('*')
        for key in keys:
            ttl = r.ttl(key)
            if ttl > 0 and ttl < 60:  # 优先删除TTL较短的键
                r.delete(key)

# 示例使用
set_with_ttl('test_key', 'test_value', 3600)  # 设置键值对并指定TTL为1小时
data = get_data('test_key')
print(data)

# 定时监控内存并清理
while True:
    monitor_memory_and_clean()
    time.sleep(60)  # 每分钟检查一次

上述代码通过setex方法设置键值对并指定TTL，通过get方法获取数据。monitor_memory_and_clean函数用于监控内存使用情况并在内存使用率过高时主动删除部分键。定时调用monitor_memory_and_clean函数实现定期清理。在实际应用中，可根据业务需求调整内存阈值、删除策略以及检查频率等参数。