Redis缓存为什么会超时失效，过期机制到底是咋回事儿？

关于Redis缓存超时失效和过期机制的问题,我们可以直接参考《Redis设计与实现》一书以及Redis官方文档中的相关说明来理解。

Redis给缓存数据设置超时失效,主要是为了管理有限的内存空间，防止数据无限期地占用内存，这就像给存放在仓库里的货物贴上一个“有效期”标签，过了这个时间，货物就会被清理出去，腾出空间给新的货物。

其核心的过期机制主要依靠两种关键策略配合工作,可以概括为“定期抽查”加“懒汉检查”。

是惰性删除，这是所有键过期处理的基础，Redis并不会在某个键到达过期时间的那一刻就立刻主动删除它，相反，它采取了一种“懒”策略：当你去读取这个键的时候，Redis才会检查一下它是否已经过期，如果发现过期了，那么在执行读取操作之前，会先把这个键删除，然后返回一个空值，就像这个键从未存在过一样，这种策略的优点是节省CPU资源，因为不用为每一个过期的键都执行一次删除操作，但缺点是如果大量过期的键再也没有被访问，它们就会像垃圾一样一直占用着内存空间，这一点在《Redis设计与实现》中明确指出，惰性删除是Redis所有键过期策略的基石。

那些永远不被访问的过期键怎么办呢？这就引入了第二种策略：定期删除，Redis会每隔一段时间，主动地、随机地抽查一部分设置了过期时间的键，检查它们是否已经过期，如果过期了，就删除它们，这个过程是分多次、小批量进行的，不会一次性扫描所有键，以免对系统性能造成太大压力，你可以把它想象成一个仓库管理员，他不会每时每刻检查所有货物，而是每隔一段时间，随机抽查几个货架，把过期的货物清理掉，通过这种定期抽查的方式，Redis在一定程度上弥补了“惰性删除”可能造成的内存浪费问题。

除了上述针对单个键的过期策略,还有一个重要的全局机制叫内存淘汰机制，这是当前两种策略都未能及时清理出足够内存时的“最后手段”，当Redis占用的内存超过了系统配置的最大值时，就会触发这个机制，它会根据用户预先设定的淘汰策略（淘汰最近最少使用的键、随机淘汰、淘汰即将过期的键等）来删除一些键，以便腾出空间，这相当于仓库已经全满了，但又有新货要进来，管理员就必须根据一定的规则（比如扔掉最旧的、或者随机扔一些）强行清理掉一部分货物，不管它们是否过期，Redis官方文档详细描述了多种可配置的淘汰策略。

在实际应用中,我们常遇到的“缓存雪崩”现象就与过期机制密切相关，如果大量缓存在同一时刻同时失效（比如设置相同的过期时间），那么所有请求会瞬间涌向数据库，导致数据库压力激增甚至崩溃，为了避免这种情况，一个常见的实践是为缓存设置一个随机的、分散的过期时间，让它们不会集中失效。

Redis的持久化操作（把内存数据保存到硬盘）也会处理过期键，在生成RDB快照文件时，过期的键不会被保存进去，而在使用AOF日志持久化时，当一个过期键被惰性删除或者定期删除后，Redis会向AOF文件追加一条删除该键的命令，这样在恢复数据时就能保持一致性。

Redis的过期失效不是一个单一的动作,而是一个由“惰性删除”（用到时再检查）、“定期删除”（定期随机抽查）和“内存淘汰”（内存不足时强制清理）共同构成的复合系统，这样设计的目的是在内存使用效率、CPU消耗和响应性能之间取得一个平衡，理解了这个机制，我们就能更好地设置和利用Redis缓存，避免出现缓存集中失效、内存无端增长等问题。