前言

• 文章首發于微信公眾號【碼猿技術專欄】：天天用Redis，持久化方案有哪些你知道嗎？
• Redis目前已經成為主流的記憶體資料庫了，但是大部分人僅僅是停留在會用的階段，你真的了解Redis內部的作業原理嗎？
• 今天這篇文章將為大家介紹Redis持久化的兩種方案，文章將會從以下五個方面介紹：
  1. 什么是RDB，RDB如何實作持久化？
  2. 什么是AOF，AOF如何實作持久化？
  3. AOF和RDB的區別，
  4. 如何重啟恢復資料？
  5. 持久化性能問題和解決方案

RDB

• RDB持久化是把當前行程資料生成快照保存到硬碟的程序， 觸發RDB持久化程序分為手動觸發和自動觸發，
• RDB完成后會自動生成一個檔案，保存在dir配置的指定目錄下，檔案名是dbfileName指定，
• Redis默認會采用LZF演算法對生成的RDB檔案做壓縮處理，壓縮后的檔案遠遠小于記憶體大小，默認開啟，

手動觸發

• 手動觸發的命令有save和bgsave，
• save：該命令會阻塞Redis服務器，直到RDB的程序完成，已經被廢棄，因此線上不建議使用，
• bgsave：每次進行RDB程序都會fork一個子行程，由子行程完成RDB的操作，因此阻塞只會發生在fork階段，一般時間很短，

自動觸發

• 除了手動觸發RDB，Redis服務器內部還有如下幾個場景能夠自動觸發RDB：
  1. 根據我們的 save m n 配置規則自動觸發，
  2. 如果從節點執行全量復制操作， 主節點自動執行bgsave生成RDB檔案并發送給從節點，
  3. 執行debug reload命令重新加載Redis時， 也會自動觸發save操作，
  4. 默認情況下執行shutdown命令時， 如果沒有開啟AOF持久化功能則自動執行bgsave，

RDB執行流程

• RDB的主流方式就是bgsave，通過下圖我們來看看RDB的執行流程：
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• 通過上圖可以很清楚RDB的執行流程，如下：
  1. 執行bgsave命令后，會先判斷是否存在AOF或者RDB的子行程，如果存在，直接回傳，
  2. 父行程fork操作創建一個子行程，fork操作中父行程會被阻塞，
  3. fork完成后，子行程開始根據父行程的記憶體生成臨時快照檔案，完成后對原有的RDB檔案進行替換，執行lastsave命令可以查看最近一次的RDB時間，
  4. 子行程完成后發送信號給父行程，父行程更新統計資訊，

RDB的優點

• RDB是一個緊湊壓縮的二進制檔案， 代表Redis在某個時間點上的資料快照， 非常適用于備份， 全量復制等場景， 比如每6小時執行bgsave備份，并把RDB檔案拷貝到遠程機器或者檔案系統中，用于災難恢復，
• Redis加載RDB恢復資料遠遠快于AOF的方式，

RDB的缺點

• RDB方式資料沒辦法做到實時持久化/秒級持久化， 因為bgsave每次運行都要執行fork操作創建子行程，屬于重量級操作，頻繁執行成本過高，
• RDB檔案使用特定二進制格式保存， Redis版本演程序序中有多個格式的RDB版本， 存在老版本Redis服務無法兼容新版RDB格式的問題，

AOF

• AOF（append only file） 持久化： 以獨立日志的方式記錄每次寫命令，重啟時再重新執行AOF檔案中的命令達到恢復資料的目的， AOF的主要作用是解決了資料持久化的實時性， 目前已經是Redis持久化的主流方式，

如何開啟AOF

• 開啟AOF功能需要設定配置：appendonly yes， 默認不開啟， AOF檔案名通過appendfilename配置設定， 默認檔案名是appendonly.aof， 保存路徑同RDB持久化方式一致，通過dir配置指定，

AOF整體的執行流程

• AOF執行的流程大致分為命令寫入、檔案同步、檔案重寫、重啟加載四個步驟，如下圖：
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• 從上圖大致了解了AOF的執行流程，下面一一分析上述的四個步驟，

命令寫入

• AOF命令寫入的內容直接是文本協議格式， 例如set hello world這條命 令， 在AOF緩沖區會追加如下文本：

*3\r\n$3\r\nset\r\n$5\r\nhello\r\n$5\r\nworld\r\n

• 命令寫入是直接寫入到AOF的緩沖區中，至于為什么？原因很簡單，Redis使用單執行緒回應命令，如果每次寫AOF檔案命令都直接追加到硬碟， 那么性能完全取決于當前硬碟負載，先寫入緩沖區aof_buf中， 還有另一個好處， Redis可以提供多種緩沖區 同步硬碟的策略，在性能和安全性方面做出平衡，

檔案同步

• Redis提供了多種AOF緩沖區同步檔案策略， 由引數appendfsync控制，如下：
  • 配置為always時， 每次寫入都要同步AOF檔案， 在一般的SATA硬碟上，Redis只能支持大約幾百TPS寫入， 顯然跟Redis高性能特性背道而馳，不建議配置，
  • 配置為no，由于作業系統每次同步AOF檔案的周期不可控，而且會加大每次同步硬碟的資料量，雖然提升了性能，但資料安全性無法保證，
  • 配置為everysec（默認的配置），是建議的同步策略， 也是默認配置，做到兼顧性能和資料安全性，理論上只有在系統突然宕機的情況下丟失1秒的資料（當然，這是不太準確的），

檔案重寫機制

• 隨著命令不斷寫入AOF， 檔案會越來越大， 為了解決這個問題， Redis引入AOF重寫機制壓縮檔案體積， AOF檔案重寫是把Redis行程內的資料轉化為寫命令同步到新AOF檔案的程序，
• 為什么要檔案重寫呢？ 因為檔案重寫能夠使得AOF檔案的體積變得更小，從而使得可以更快的被Redis加載，
• 重寫程序分為手動觸發和自動觸發，
  • 手動觸發直接使用bgrewriteaof命令，
  • 根據auto-aof-rewrite-min-size和auto-aof-rewrite-percentage引數確定自動觸發時機，
• auto-aof-rewrite-min-size：表示運行AOF重寫時檔案最小體積， 默認為64MB，
• auto-aof-rewrite-percentage：代表當前AOF檔案空間（aof_current_size） 和上一次重寫后AOF檔案空間（aof_base_size） 的比值，
• 自動觸發時機相當于aof_current_size>auto-aof-rewrite-minsize&&（aof_current_size-aof_base_size） /aof_base_size>=auto-aof-rewritepercentage，其中aof_current_size和aof_base_size可以在info Persistence統計資訊中查看，
• 那么檔案重寫后的AOF檔案為什么會變小呢？ 有如下幾個原因：
  1. 行程內已經超時的資料將不會再次寫入AOF檔案中，
  2. 舊的AOF檔案含有無效命令，如del key1、 hdel key2等，重寫使用行程內資料直接生成，這樣新的AOF檔案只保留最終資料的寫入命令，
  3. 多條寫命令可以合并為一個， 如：lpush list a、 lpush list b、lpush listc可以轉化為：lpush list a b c，為了防止單條命令過大造成客戶端緩沖區溢位，對于list、 set、 hash、 zset等型別操作，以64個元素為界拆分為多條，
• 介紹了檔案重寫的系列知識，下面來看看Redis內部是如何進行檔案重寫的，如下圖：
• 看完上圖，大致了解了檔案重寫的流程，對于重寫的流程，補充如下：
  1. 重寫期間，主執行緒并沒有阻塞，而是在執行其他的操作命令，依然會向舊的AOF檔案寫入資料，這樣能夠保證備份的最終完整性，如果資料重寫失敗，也能保證資料不會丟失，
  2. 為了把重寫期間回應的寫入資訊也寫入到新的檔案中，因此也會為子行程保留一個緩沖區，防止新寫的檔案丟失資料，
  3. 重寫是直接把當前記憶體的資料生成對應命令，并不需要讀取老的AOF檔案進行分析、命令合并，
  4. AOF檔案直接采用的文本協議，主要是兼容性好、追加方便、可讀性高可認為修改修復，
  5. 無論是RDB還是AOF都是先寫入一個臨時檔案，然后通過重命名完成檔案的替換，

AOF的優點

• 使用 AOF 持久化會讓 Redis 變得非常耐久：你可以設定不同的 fsync 策略，比如無 fsync ，每秒鐘一次 fsync ，或者每次執行寫入命令時 fsync ， AOF 的默認策略為每秒鐘 fsync 一次，在這種配置下，Redis 仍然可以保持良好的性能，并且就算發生故障停機，也最多只會丟失一秒鐘的資料（ fsync 會在后臺執行緒執行，所以主執行緒可以繼續努力地處理命令請求），

AOF的缺點

• 對于相同的資料集來說，AOF 檔案的體積通常要大于 RDB 檔案的體積，根據所使用的 fsync 策略，AOF 的速度可能會慢于 RDB， 在一般情況下， 每秒 fsync 的性能依然非常高， 而關閉 fsync 可以讓 AOF 的速度和 RDB 一樣快， 即使在高負荷之下也是如此，不過在處理巨大的寫入載入時，RDB 可以提供更有保證的最大延遲時間，
• 資料恢復速度相對于RDB比較慢，

AOF和RDB的區別

• RDB持久化是指在指定的時間間隔內將記憶體中的資料集快照寫入磁盤，實際操作程序是fork一個子行程，先將資料集寫入臨時檔案，寫入成功后，再替換之前的檔案，用二進制壓縮存盤，
• AOF持久化以日志的形式記錄服務器所處理的每一個寫、洗掉操作，查詢操作不會記錄，以文本的方式記錄，可以打開檔案看到詳細的操作記錄，

重啟加載

• 無論是RDB還是AOF都可用于服務器重啟時的資料恢復，執行流程如下圖：
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• 上圖很清晰的分析了Redis啟動恢復資料的流程，先檢查AOF檔案是否開啟，檔案是否存在，再檢查RDB是否開啟，檔案是否存在，

性能問題與解決方案

• 通過上面的分析，我們都知道RDB的快照、AOF的重寫都需要fork，這是一個重量級操作，會對Redis造成阻塞，因此為了不影響Redis主行程回應，我們需要盡可能降低阻塞，
• 那么如何減少fork操作的阻塞呢？
  1. 優先使用物理機或者高效支持fork操作的虛擬化技術，
  2. 控制Redis實體最大可用記憶體， fork耗時跟記憶體量成正比， 線上建議每個Redis實體記憶體控制在10GB以內，
  3. 合理配置Linux記憶體分配策略，避免物理記憶體不足導致fork失敗，
  4. 降低fork操作的頻率，如適度放寬AOF自動觸發時機，避免不必要的全量復制等，

總結

• 本文介紹了Redis持久化的兩種不同的策略，大部分內容是運維人員需要掌握的，當然作為后端人員也是需要了解一下，畢竟小公司都是一人搞全堆疊，哈哈，
• 如果覺得陳某寫的不錯，有所識訓的話，關注分享一波，你的關注將是陳某寫作的最大動力，謝謝支持！！！
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標籤：NoSQL

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