Redis超时时间到底是咋算的？那些细节和原理其实挺复杂的，得好好琢磨下

关于Redis的超时时间是怎么算的,这事儿确实不像表面看起来那么简单，里面有不少门道，咱们就按照一个普通人使用Redis时可能会碰到的场景，一步步把它琢磨透。

核心概念：过期键是怎么被管理的？

你得知道,当你给一个Redis的键（key）设置了过期时间（SET mykey "hello" EX 60，表示60秒后过期），Redis并不会为每一个键都启动一个单独的计时器，那样的话，如果有几百万个键要过期，光计时器就把系统资源耗光了，那它咋办呢？Redis用了一种更聪明也更高效的办法，结合了两种策略：惰性删除 和定期删除。

第一种策略：惰性删除——等用到的时候再检查

这个名字听起来有点懒,但很实用，意思是，Redis不会主动去检查所有键有没有过期，而是当你去访问这个键的时候（比如用 GET mykey），它才会顺带检查一下这个键是否已经过期了，如果发现过期了，那好，当场就把这个键删除掉，然后返回一个空值给你，就像这个键从来不存在一样。

这种策略的好处是省力气,只在实际可能产生影响的时候才干活，但坏处也很明显：如果一个键已经过期了，但一直没人来访问它，那它就会一直赖在内存里，成了所谓的“僵尸键”，白占着地方，这显然不行，所以需要第二种策略来帮忙。

第二种策略：定期删除——主动巡逻清理

为了清理那些没人访问的过期键,Redis会每隔一段时间（默认是每秒10次，也就是100毫秒一次）就主动地随机抽取一部分设置了过期时间的键进行检查，这个巡逻清理的过程，可以理解为Redis开了一个小差，快速地进行以下步骤：

1. 随机抽检：从所有设置了过期时间的键中，随机抽出一定数量（比如20个）的键。
2. 检查过期：挨个检查这20个键，看它们是否已经过期。
3. 清理门户：把其中所有过期的键都删除掉。
4. 判断是否继续：如果在这批抽检的键中，发现有过期键的比例超过了25%，那就说明内存中过期的键还挺多的，这时候Redis会觉得“这次没打扫干净”，它会立刻再随机抽20个键，重复上面的检查删除过程，直到某一次抽检中过期键的比例低于25%，它才认为“差不多干净了”，然后这次巡逻就结束。

这种定期删除的策略,相当于一个辅助的垃圾回收机制，专门对付那些惰性删除照顾不到的“死角”，通过控制巡逻的频率和每次清理的“力度”（比如过期键比例超过25%就继续清理），Redis在CPU开销和内存释放之间取得了一个很好的平衡。

超时时间是怎么“算”的？——底层存储的奥秘

现在回到最核心的问题：Redis是怎么知道一个键什么时候过期的？它到底是怎么计算和存储这个时间点的？

根据《Redis设计与实现》这本书里的说明，Redis内部实际上维护了一个叫做过期字典的结构，你可以把它想象成一个巨大的表格：

• 键名：就是你的那个key。
• 值：就是这个key的过期时间戳，一个精确到毫秒的Unix时间戳。

举个例子,假设你在北京时间2024年5月27日10:00:00（换算成Unix毫秒时间戳可能是1716861600000）执行了 SET mykey "hello" EX 60，那么Redis在过期字典里就会记录： 键名：mykey -> 过期时间戳：1716861600000 + 60000 = 1716861660000。

之后,无论是惰性删除还是定期删除，当需要判断 mykey 是否过期时，Redis根本不需要去“计算”已经过了多少秒，它只需要做一件非常简单快速的事情：拿当前系统的时间戳（比如现在是1716861661000）和过期字典里记录的那个时间戳（1716861660000）比较一下，如果当前时间戳大于过期时间戳，那就说明这个键已经过期了。

Redis的超时计算,本质上是基于时间戳的比对，而不是基于一个倒计时器，这种方式非常高效和准确。

一些容易踩坑的细节

理解了原理,就能明白一些看似奇怪的现象了：

1. 时间精度问题：你设置的是秒级精度（比如EX 60），但Redis内部是用毫秒级时间戳存储的，在过期处理上，惰性删除能保证精度，但定期删除是每秒10次，所以一个键的实际过期时间可能会有最多100毫秒的微小延迟，但这在绝大多数场景下完全可以忽略不计。
2. 命令的副作用：有些命令的执行会触发惰性删除，比如你对一个集合（Set）执行 SCARD（查看元素数量）命令，Redis会先检查这个集合key是否过期，如果过期了就删除它，然后告诉你这个集合不存在，元素数量是0。
3. 持久化时的处理：当Redis需要把数据持久化到硬盘（RDB快照或AOF日志）时，它会对所有键进行检查，过期的键不会被保存，从硬盘恢复数据时，也会过滤掉过期的键。
4. 主从复制：在Redis主从架构中，过期键的删除是由主节点（Master）控制的，主节点在删除一个过期键后，会模拟向从节点（Slave）发送一个对这个键的删除命令（DEL），从而保证主从数据的一致性，从节点自己不会主动删除过期键，以确保一切以主节点为准。

Redis的超时机制是一个精心设计的混合系统：它用过期字典精确记录每个键的“死亡时间”，用惰性删除保证访问时的即时性，再用定期删除进行后台清扫，从而以极小的系统开销，实现了海量数据的高效生命周期管理，琢磨透这些，你就能更好地理解和使用Redis的过期功能，避免一些潜在的坑。