面试题：Redis过期键删除策略在高并发场景下如何保证内存与性能的平衡？

Question

假设在一个高并发读写的Redis应用场景中，大量键设置了过期时间。请说明Redis的过期键删除策略（惰性删除和定期删除）如何协同工作，以保证内存使用的合理性和系统的高性能，并且分析在这种场景下可能会遇到的挑战及应对方法。

Answer 1

Redis过期键删除策略协同工作

1. 惰性删除：当客户端访问一个已过期的键时，Redis会检查该键是否过期。如果过期，Redis会立即删除该键，并返回相应的结果（如 nil）。这种策略的优点是只有在访问过期键时才进行删除操作，不会对正常的键访问造成额外的性能开销。但缺点是如果过期键长时间未被访问，会一直占用内存。
2. 定期删除：Redis会周期性地随机抽取一定数量的键进行检查，并删除其中过期的键。Redis通过配置 hz 参数来控制每秒执行定期删除的频率，默认值为10，即每秒执行10次。定期删除策略弥补了惰性删除的不足，主动清理过期键，避免过期键长时间占用内存。

保证内存使用合理性和系统高性能的原理

1. 内存使用合理性：惰性删除确保在访问过期键时及时释放内存，定期删除则周期性地清理未被访问的过期键，两者结合能有效避免过期键长期占用内存，保证内存使用的合理性。
2. 系统高性能：惰性删除避免了对正常键访问的额外开销，而定期删除通过控制执行频率（hz 参数），在不过度消耗CPU资源的前提下清理过期键，维持系统的高性能。

可能遇到的挑战及应对方法

1. 内存峰值问题：
   • 挑战：在高并发读写场景下，大量键同时过期，可能导致内存峰值瞬间升高，即使定期删除和惰性删除在工作，但在短时间内过期键占用的内存可能无法及时释放，影响系统性能甚至导致内存不足。
   • 应对方法：可以通过合理设置键的过期时间，避免大量键在同一时间过期。例如，将过期时间分散在一个时间段内，而不是集中设置。另外，可以适当调整定期删除的频率（增大 hz 值），但要注意这可能会增加CPU的负载。
2. CPU负载问题：
   • 挑战：如果定期删除频率过高（hz 值过大），会占用过多的CPU资源，影响Redis处理其他请求的性能；反之，如果频率过低，又可能导致过期键清理不及时，内存占用过高。
   • 应对方法：通过监控系统的CPU和内存使用情况，进行性能测试，找到一个合适的 hz 值，平衡CPU负载和过期键清理效率。同时，可以考虑在系统负载较低的时间段适当增加定期删除的频率。
3. 数据一致性问题：
   • 挑战：由于惰性删除是在访问时才删除过期键，在过期后到访问前这段时间内，数据可能处于不一致状态。例如，在一个读多写少的场景中，过期键可能长时间未被访问，导致其他依赖该键数据的操作获取到过期数据。
   • 应对方法：可以在业务层面增加一些校验逻辑，对于关键数据，在使用前先检查其有效性，或者通过发布 - 订阅机制，当键过期时发布通知，让相关业务逻辑及时处理。