面试题：Redis过期键删除策略中有哪些主要方法，简述故障恢复机制与这些方法的关系

Question

请详细阐述Redis过期键删除策略中的定时删除、惰性删除和定期删除方法，并说明在发生故障后，故障恢复机制是如何与这些删除策略相互作用，以确保数据一致性和系统正常运行的。

Answer 1

定时删除

• 原理：在设置键的过期时间时，同时创建一个定时器，当过期时间到达时，由定时器立即执行对该键的删除操作。
• 优点：能及时释放过期键占用的内存，对内存友好，保证内存不会因为大量过期键而持续膨胀。
• 缺点：创建和管理定时器有额外的CPU开销，尤其是在大量键同时过期的情况下，会给CPU带来较大压力，影响系统整体性能。

惰性删除

• 原理：键过期时不会立即删除，而是在每次访问该键时，检查该键是否过期，如果过期则删除，并返回相应错误信息（如nil）。
• 优点：对CPU友好，只有在访问键时才进行过期检查和删除操作，不会集中消耗CPU资源处理过期键。
• 缺点：如果过期键长时间未被访问，会一直占用内存，导致内存不能及时释放，可能引发内存泄漏问题。

定期删除

• 原理：Redis会定期（如每100毫秒）随机抽取一些设置了过期时间的键进行检查，删除其中过期的键。抽取的键数量和检查频率可通过配置参数调整。
• 优点：是一种折中的方案，兼顾了内存和CPU性能。既不会像定时删除那样大量消耗CPU，也不会像惰性删除那样长时间占用内存。
• 缺点：若抽取的键中过期键比例较高，可能导致一次定期删除操作执行时间较长，影响系统短暂性能；另外，若抽取的键中过期键过少，又不能很好地释放内存。

故障恢复机制与删除策略的相互作用

1. 持久化方式与故障恢复：Redis有RDB和AOF两种持久化方式。RDB是定期将内存数据快照保存到磁盘，AOF是将写命令追加到日志文件。当发生故障重启时，RDB会根据最后一次快照文件恢复数据，AOF则会重放日志文件中的命令来恢复数据。
2. 与定时删除的相互作用：定时删除在故障恢复后，原有的定时器信息不会保留。重启后，对于设置了过期时间的键，会按照重启后的删除策略（通常为惰性删除 + 定期删除）进行处理。由于重启前定时删除已删除的键不会出现在持久化文件中，所以不会影响数据一致性。
3. 与惰性删除的相互作用：故障恢复后，惰性删除机制不受影响，仍然在每次访问键时检查是否过期并删除。因为持久化文件中记录的是故障前的数据状态，重启后首次访问过期键时，惰性删除会将其删除，保证数据一致性。
4. 与定期删除的相互作用：重启后，定期删除机制会按照配置继续定期检查和删除过期键。对于故障前未删除的过期键，通过定期删除在后续操作中逐步清理，确保内存的合理使用和数据一致性。在AOF重写过程中，也会对过期键进行处理，不会将已过期的键重写到新的AOF文件中，进一步保证了数据一致性。