Redis数据库存储和过期键实现原理

redis数据库

切换数据库

Redis是一个键值对数据库，读写效率很高，又有过期机制，所以经常被用来做缓存。很多人不知道，其实Redis和mysql一样，也是分数据库的，只不过我们一般使用的都是默认数据库而已。redis默认有16个数据库，编号分别为0,1,2...15，可以在redis客户端使用select命令切换数据库。

如图所示：

       


执行了“select 1”命令之后成功切换到了1号数据库，在提示符的后面的方括号中显示了当前数据库的编号，使用默认的0号数据库时没有这个提示。

数据库作用

redis分数据库的作用是隔离命名空间，在某一个数据库插入的数据在其他数据库是访问不到的：
        

redis数据保存方式

redis是键值对数据库，所以数据的保存方式也是按键值对保存的。redis底层使用哈希表保存数据，哈希表就像java中的map结构一样，他们的键都是一个字符串，键的值可以是很多类型的数据，比如字符串，列表，集合，有序集合等等。后续的数据的增删改查操作都是在这个哈希表上操作。

redis过期机制

redis支持键过期机制，也就是可以为一个键定义个一个过期时间，当到这个时间点时，这个键自动失效。设置一个键过期时间可以使用exipre命令：
     

 

     上图的第一条命令设置一个键值对，x的值为5，第二条命令为键x设置过期时间为5秒，第三条命令是在第二条命令执行之后的5秒内执行的，所以此时x还未过期，能够得到x的值5,5秒之后再获取x的值，已经过期，得到nil值。

     过期机制实现

     redis会跟存数键值一样生成一个哈希表，专门存储键的过期时间，那么，redis是怎么删除已经过期的键值的呢？一般来说，删除一个过期键有三种方式：
1. 定期删除：设置键过期时间的同时设置一个定时器，当时间到时定时删除键；
2. 定期删除：设置一个周期值，redis服务每隔一段时间执行一次过期检测，遍历一遍键值，将过期的键删除；
3. 惰性删除：将删除操作分摊到后续的操作中，每次增删改查数据库的时候都先检测一下键值是否已经过期，如果过期，先删除键值再执行常规后续操作。

这三种方式各有利弊：
1. 因为要为每一个键设置一个定时器，比较耗费CPU，但是因为键值一过期就立即删除，所以比较节省内存。
2. CPU和内存的消耗在三种方式中都处于居中水平。
3. 因为键值过期时候并不能够及时删除，并且如果有些键过期之后可能永远都不被访问，就导致这些垃圾数据常驻内存，成为另一种内存泄露，这种方式CPU耗费最小，内存消       耗最大。

redis过期机制中同时使用了第二种和第三种方法。在CPU和内存之间找到一个平衡点。