面试题：Redis过期键删除策略中的定期删除，如何平衡扫描成本与内存释放效益？

Question

请阐述Redis定期删除过期键策略的基本原理，并说明在实际应用场景中，怎样调整扫描的频率和每次扫描的键数量，以达到成本与效益的平衡。

Answer 1

Redis定期删除过期键策略基本原理

1. 定期抽样删除：Redis不会对所有键进行定期检查过期。而是在每个serverCron（Redis服务器的周期性操作函数，默认每100毫秒执行一次）执行时，从过期字典中随机挑选一定数量的键进行检查，如果发现某个键已经过期，则删除该键。
2. 过期字典：Redis使用一个字典（expires dict）来保存所有设置了过期时间的键的过期时间。这个字典的键是指向键空间中某个键对象的指针，值是该键的过期时间（一个毫秒级的UNIX时间戳）。

调整扫描频率和每次扫描键数量以平衡成本与效益

1. 扫描频率
   • 频率高：如果扫描频率过高（例如每10毫秒执行一次扫描），虽然可以更及时地清理过期键，减少内存浪费，但是会增加CPU的负担，因为频繁的扫描操作会占用较多的CPU时间，可能会影响Redis对其他正常请求的处理。
   • 频率低：扫描频率过低（例如每10秒执行一次扫描），会导致过期键长时间占用内存，可能会造成内存使用量超出预期，尤其在过期键较多的情况下。同时，可能会导致一些过期键对应的缓存数据长时间存在，影响数据一致性。
   • 实际调整：在实际应用中，可以根据业务特点来调整。如果应用对内存使用非常敏感，且过期键生成速度较快，可以适当提高扫描频率，例如每50毫秒执行一次扫描。但如果应用更注重Redis的读写性能，对内存使用相对宽松，可以将扫描频率降低到每200毫秒或更久执行一次。
2. 每次扫描键数量
   • 数量多：每次扫描键数量较多（例如每次扫描1000个键），能在一次扫描中删除更多过期键，加快过期键清理速度，节省内存。然而，这会在扫描期间占用更多CPU时间，可能导致其他请求响应延迟增加。
   • 数量少：每次扫描键数量较少（例如每次扫描10个键），对CPU的压力较小，Redis能更快速地响应其他请求。但这样清理过期键的效率较低，可能导致内存长时间被过期键占用。
   • 实际调整：对于内存使用压力大且CPU资源相对充足的场景，可以适当增加每次扫描的键数量，如每次扫描500个键。而对于对响应延迟要求极高，内存使用相对不那么紧张的场景，可以减少每次扫描键数量，如每次扫描50个键。同时，还可以根据运行时的内存使用情况和CPU负载动态调整每次扫描的键数量。例如，当内存使用率接近设定阈值时，增加每次扫描键数量；当CPU负载过高时，减少每次扫描键数量。