Redis实现之数据库（二）
设置键的生存时间或过期时间
通过EXPIRE或PEXPIRE命令，客户端可以以秒或者毫秒精度为数据库中的某个键设置生存时间（Time To Live，TTL），在经过指定的秒数或者毫秒数之后，服务器就会自动删除生存时间为0的键：
127.0.0.1:6379> SET key value OK 127.0.0.1:6379> EXPIRE key 5 (integer) 1 # 5秒之内 127.0.0.1:6379> GET key "value" # 5秒之后 127.0.0.1:6379> GET key (nil)
与EXPIRE命令和PEXPIRE命令类似，客户端可以通过EXPIREAT命令和PEXPIREAT命令，以秒或者毫秒精度给数据库中的某个键设置过期时间。过期时间是一个Unix时间戳，当键的过期时间来临时，服务器就会自动从数据库删除这个键：
127.0.0.1:6379> SET key value OK 127.0.0.1:6379> EXPIREAT key 1538527910 (integer) 1 127.0.0.1:6379> GET key "value" 127.0.0.1:6379> TIME 1) "1538527798" 2) "537854" 127.0.0.1:6379> TIME 1) "1538527925" 2) "431305" 127.0.0.1:6379> GET key (nil)
TTL命令和PTTL命令接受个带有生存时间或过期时间的键，返回这个键的剩余生存时间，也就是，返回距离这个键被服务器自动删除还有多长时间
127.0.0.1:6379> EXPIRE key 1000 (integer) 1 127.0.0.1:6379> TTL key (integer) 991 127.0.0.1:6379> SET another_key another_value OK 127.0.0.1:6379> TIME 1) "1538528119" 2) "181170" 127.0.0.1:6379> EXPIREAT another_key 1538528280 (integer) 1 127.0.0.1:6379> TTL another_key (integer) 120
设置过期时间
Redis有四个不同的命令可以用于设置键的生存时间（键可以存在多久）或过期时间（键什么时候会被删除）：
- EXPIRE <key> <ttl>命令用于将键key的生存时间设置为ttl秒
- PEXPIRE <key> <ttl>命令用于将键key的生存时间设置为ttl毫秒
- EXPIREAT <key> <timestamp>命令用于将键key的过期时间设置为timestamp所指定的秒数时间戳
- PEXPIREAT <key> <timestamp>命令用于将键key的过期时间设置为timestamp所指定的毫秒数时间戳
虽然有多种不同单位和不同形式的设置命令，但实际上EXPIRE、PEXPIRE 、EXPIREAT三个命令都是使用PEXPIREAT 命令来实现的：无论客户端执行的是以上四种命令中的哪一个，经转换后，最终的执行效果都和执行PEXPIREAT命令一样
首先，EXPIRE命令可以转换成PEXPIRE命令：
def EXPIRE(key, ttl_in_sec): #将TTL从秒转换成毫秒 ttl_in_ms = sec_to_ms(ttl_in_sec) PEXPlRE(key, ttl_in_ms)
接着，PEXPIRE命令又可以转换成PEXPIREAT命令：
def PEXPIRE(key, ttl_in_ms): #获取以毫秒计算的当前UNIX 时间戳 now_ms = get_current_unix_timestamp_in_ms() #当前时间加上TTL，得出毫秒格式的键过期时间 PEXPlREAT(key, now_ms+ttl_in_ms)
并且，EXPIREAT命令也可以转换成PEXPIREAT命令：
def EXPIREAT (key, expire_time_in_ sec): #将过期时间从秒转换为毫秒 expire_time_ in_ms = sec_to_ms (expire_time_in_sec) PEXPlREAT(key, expire_time_in_ms)
最终，EXPIRE 、PEXPIRE 、EXPIREAT三个命令都会转换成PEXPIREAT命令来执行，如图1-1所示
图1-1 设置生存时间和设置过期时间命令之间的转换
保存过期时间
redisDb结构体的expires字典保存了数据库中所有键的过期时间，我们称这个字典为过期字典：
- 过期字典的键是一个指针，这个指针指向键空间中的某个键对象（也即是某个数据库键）
- 过期字典的值是一个long long类型的整数，这个整数保存了键所指定的数据库键的过期时间——一个毫秒精度的Unix时间戳
redis.h
typedef struct redisDb {
……
//过期字典，保存着键的过期时间
dict *expires;
……
} redisDb;
图1-12展示了一个带有过期字典的数据库例子，在这个例子中，键空间保存了数据库中的所有键值对，而过期字典则保存了数据库键的过期时间。图1-12的键空间和过期字典中重复出现了两次alphabet键对象和book键对象。在实际中，键空间的键和过期字典的键都指向同一个键对象，所以不会出现任何重复对象，也不会浪费任何空间
图1-12 带有过期字典的数据库例子
图1-12中的过期字典保存了两个键值对：
- 第一个键值对的键为alphabet键对象，值为1385877600000，这表示数据库键alphabet的过期时间为1385877600000（2013年12月1日零时）
- 第二个键值对的键为book对象，值为138855600000，这表示数据库键book的过期时间为138855600000（2014年1月1日零时）
当客户端执行EXPIRE命令（或将其他三个会转换成PEXPIREAT命令的命令）为一个数据库键设置过期时间时，服务器会在数据库的过期字典中关联给定的数据库键和过期时间。举个栗子，如果数据库当前的状态如图1-12所示，那么服务器执行以下命令后
127.0.0.1:6379> PEXPIREAT message 1391324400000 (integer) 1
过期字典将新增一个键值对，其中键为message键对象，而值为1391324400000（2014年2月1日零时），如图1-13所示
图1-13 执行PEXPIREAT命令之后的数据库
以下是PEXPIREAT命令的伪代码定义：
def PEXPIREAT(key, expire_time_in_ms) : #如果给定的键不存在于键空间，那么不能设置过期时间 if key not in redisDB.dict : return 0 #在过期字典中关联键和过期时间 redisDB.expires[key]=expire_tirne_in_ms #过期时间设置成功 return 1
移除过期时间
PERSIST命令可以移除一个键的过期时间
127.0.0.1:6379> SET message "hello world" OK 127.0.0.1:6379> PEXPIREAT message 1538531750000 (integer) 1 127.0.0.1:6379> TTL message (integer) 302 127.0.0.1:6379> PERSIST message (integer) 1 127.0.0.1:6379> TTL message (integer) -1
PERSIST命令就是PEXPIREAT命令的反操作：PERSIST命令在过期字典中查找给定的键，并解除键和值（过期时间）在过期字典中的关联。举个栗子，如果数据库当前的状态如图1-12所示，那么当服务器执行以下命令之后：
127.0.0.1:6379> PERSIST book (integer) 1
数据库将更新成图1-14的状态
图1-14 执行PERSIST之后的数据库
可以看到，当PERSIST命令执行之后，过期字典中原来的book键值对消失了，这代表数据库键book的过期时间已被移除。以下是PERSIST命令的伪代码：
def PERSIST(key): #如果键不存在,或者键没有设置过期时间,那么直接返回 if key not in redisDB.expires: return 0 #移除过期字典中给定键的键值对关联 redisDB.expires.remove(key) #键的过期时间移除成功 return 1
计算并返回剩余生存时间
TTL命令以秒为单位返回键的剩余生存时间，而PTTL命令而以毫秒为单位返回键的剩余生存时间
127.0.0.1:6379> PEXPIREAT alphabet 1538532350000 (integer) 1 127.0.0.1:6379> TTL alphabet (integer) 139 127.0.0.1:6379> PTTL alphabet (integer) 132288
TTL和PTTL两个命令都是通过计算键的过期时间和当前时间之间的差来实现的，以下是这两个命令的伪代码实现：
def PTTL(key):
#键不存在数据库
if key not in redisDb.dict:
return -2
#尝试取得键的过期时间
#如果键没有设置过期时间，那么expire_time_in_ms将为None
expire_time_in_ms = redisDb.expires.get(key)
#键没有设置过期时间
if expire_time_in_ms is None:
return -1
#获得当前时间
now_ms = get_current_unix_timestamp_in_ms()
#过期时间减去当前时间，得出的差就是键的剩余生存时间
return (expire_time_in_ms - now_ms)
def TTL(key):
#获取以毫秒为单位的剩余生存时间
ttl_in_ms = PTTL(key)
if ttl_in_ms < 0:
#处理返回值为-2和-1的情况
return ttl_in_ms
else:
#将毫秒转换成秒
return ms_to_sec(ttl_in_ms)
举个栗子，对于一个过期时间为1385877600000（2013年12月1日零时）的键alphabet来说：
- 如果当前时间为138328200000（2013年11月1日零时），那么对键alphabet执行PTTL命令返回2595600000，这个值是通过用alphabet键的过期时间减去当前时间计算得出的：1385877600000-138328200000=2595600000
- 另一方面，如果当前时间为138328200000（2013年11月1日零时），那么对键alphabet执行TTL命令将返回2595600，这个值是通过计算alphabet键的过期时间先去当前时间的差，然后将差值从毫秒转换为秒之后得出
过期键判定
通过过期字典，程序可以用以下步骤检查一个给定键是否过期：
- 检查给定键是否存在于过期字典：如果存在，那么取得键的过期时间
- 检查当前Unix时间戳是否大于键的过期时间：如果是的话，那么键已过期，否则键未过期
可以用伪代码来描述这一过程：
def is_expired(key):
#取得键的过期时间
expire_time_in_ms = redisDb.expires.get(key)
#键没有设置过期时间
if expire_time_in_ms is None:
retrurn False
#取得当前时间的Unix时间戳
now_ms = get_current_unix_timestamp_in_ms()
#检查当前时间是否大于键的过期时间
if now_ms > expire_time_in_ms:
#键已过期
return True
else:
#键未过期
return False
举个栗子，对于一个过期时间为1385877600000（2013年12月1日零时）的键alphabet来说：
- 如果当前时间为138328200000（2013年11月1日零时），那么调用is_expired(alphabet)将返回false，因为当前时间小于alphabet键的过期时间
- 另一方面，如果当前时间为138596400000（2013年12月2日零时），那么调用is_expired(alphabet)将返回true，因为当前时间大于alphabet键的过期时间
