TTL 在 Redis 缓存中的作用

Redis TTL（Time To Live）与缓存的关系

TTL（Time To Live，生存时间）是 Redis 提供的一种自动过期机制，用于控制键值对的存活时间。当 TTL 到期后，Redis 会自动删除该键，避免长期占用内存。这对于缓存系统来说至关重要，因为它能够有效防止缓存过载，并确保数据的一致性和实时性。

1. TTL 相关的 Redis 命令

1.1. 设置 TTL

EXPIRE key seconds：为 key 设置 seconds 秒的 TTL。
PEXPIRE key milliseconds：为 key 设置 milliseconds 毫秒的 TTL。
SETEX key seconds value：设置 key 的值，同时指定 seconds 秒的过期时间。
PSETEX key milliseconds value：设置 key 的值，同时指定 milliseconds 毫秒的过期时间。

示例：

SETEX user:1001 3600 "Alice"  # 设置1小时后过期
PEXPIRE user:1001 60000       # 设置60秒后过期

Python 代码示例：

import redis

cache = redis.Redis(host='localhost', port=6379, decode_responses=True)

# 设置缓存数据并指定 TTL
cache.setex("user:1001", 3600, "Alice")  # 1小时后过期
cache.pexpire("user:1001", 60000)        # 60秒后过期

1.2. 查询 TTL

TTL key：返回 key 还有多少秒过期。
PTTL key：返回 key 还有多少毫秒过期。

示例：

TTL user:1001   # 查询 key 还剩多少秒过期
PTTL user:1001  # 查询 key 还剩多少毫秒过期

Python 代码示例：

ttl = cache.ttl("user:1001")
print(f"user:1001 剩余 TTL: {ttl} 秒")

1.3. 移除 TTL

PERSIST key：移除 key 的 TTL，使其永久存在。

示例：

PERSIST user:1001  # 让 user:1001 永不过期

Python 代码示例：

cache.persist("user:1001")  # 取消 TTL，使其永久存在

2. TTL 在缓存中的作用

2.1. 避免缓存污染

设定合理的 TTL 可以避免缓存存储长期无用的数据，减少内存占用。

cache.setex("session:12345", 1800, "session_data")  # 30分钟后自动删除

2.2. 解决缓存雪崩

缓存雪崩 是指大量缓存数据在同一时间过期，导致所有请求直接访问数据库，造成数据库崩溃。

解决方案：

使用随机 TTL，让不同的 key 过期时间分散，防止同时失效。

import random

ttl = 3600 + random.randint(0, 600)  # 1小时 + 0~10分钟随机时间
cache.setex("user:1001", ttl, "Alice")

2.3. 解决缓存击穿

缓存击穿 发生在某个热点数据突然过期，大量请求同时访问数据库，导致数据库压力过大。

解决方案：

热点数据设置较长 TTL 或永不过期

cache.set("hot_key", "important_data")
cache.persist("hot_key")  # 使其永久有效

使用互斥锁防止并发查询

lock = cache.setnx("lock:user:1001", 1)  # 尝试加锁
if lock:
    value = get_data_from_db("user:1001")
    cache.setex("user:1001", 3600, value)  # 更新缓存
    cache.delete("lock:user:1001")  # 释放锁

2.4. 解决缓存穿透

缓存穿透 是指大量查询数据库中不存在的数据，导致每次请求都无法命中缓存，直接访问数据库。

解决方案：

缓存空值

value = cache.get("user:9999")
if value is None:
    db_value = get_data_from_db("user:9999")
    if db_value is None:
        cache.setex("user:9999", 3600, "NULL")  # 存一个空值，防止查询数据库
    else:
        cache.setex("user:9999", 3600, db_value)