Redis进阶-持久化机制

前言

Redis的数据正常都是存储在内存内，如果宕机突然发生，数据就会全部丢失，因此需要提供一种方式保证 redis 的数据不会因为故障而丢失，这种机制就是 redis 的持久化机制

目前 Redis 主流的持久化机制有两种：RDB 方式和 AOF 方式

RDB 持久化

RDB持久化是把当前进程数据生成快照保存到硬盘的过程，触发RDB持久化过程分为 手动触发 和 自动触发

手动触发

手动触发分别对应 save 和 bgsave 命令

save命令：阻塞当前Redis服务器，直到RDB过程完成为止，对于内存比较大的实例会造成长时间阻塞，线上环境不建议使用
bgsave命令：Redis进程执行fork操作创建子进程，RDB持久化过程由子进程负责，完成后自动结束。阻塞只发生在fork阶段，一般时间很短

bgsave 命令是针对 save 阻塞问题做的优化，因此Redis内部所有涉及到RDB操作都采用 bgsave 的方式，而 ~~save~~ 命令可以废弃

bgsave流程图如下所示👇

具体流程如下：

redis 客户端执行 bgsave 命令或者自动触发bgsave命令；
主进程判断当前是否已经存在正在执行的子进程，如果存在，那么主进程直接返回；
如果不存在正在执行的子进程，那么就fork一个新的子进程进行持久化数据，fork过程是阻塞的，fork操作完成后主进程即可执行其他操作；
子进程先将数据写入到临时的rdb文件中，待快照数据写入完成后再原子替换旧的rdb文件；
同时发送信号给主进程，通知主进程rdb持久化完成，主进程更新相关的统计信息（info Persitence下的rdb_*相关选项）

自动触发

在以下4种情况时会自动触发

redis.conf中配置save m n，即在m秒内有n次修改时，自动触发bgsave生成rdb文件；
主从复制时，从节点要从主节点进行全量复制时也会触发bgsave操作，生成当时的快照发送到从节点；
执行 debug reload 命令重新加载 redis 时也会触发bgsave操作；
默认情况下执行shutdown命令时，如果没有开启 aof持久化，那么也会触发bgsave操作

redis.conf中配置RDB

配置设置自动做快照持久化方式

# 周期性执行条件的设置格式为
save <seconds> <changes>

# 默认的设置为：
save 900 1
save 300 10
save 60 10000

# 以下设置方式为关闭RDB快照功能
save ""

以上三项默认信息设置代表的意义是：

如果900秒内有1条Key信息发生变化，则进行快照；
如果300秒内有10条Key信息发生变化，则进行快照；
如果60秒内有10000条Key信息发生变化，则进行快照。读者可以按照这个规则，根据自己的实际请求压力进行设置调整

# 文件名称
dbfilename dump.rdb
# 文件保存路径
dir /home/work/app/redis/data/
# 如果持久化出错，主进程是否停止写入
stop-writes-on-bgsave-error yes
# 是否压缩
rdbcompression yes
# 导入时是否检查
rdbchecksum yes

dbfilename： 配置文件名，可以通过执行 config set dir {newDir} 和 config set dbfilename {newFileName} 运行期动态执行，当下次运行时RDB文件会保存到新目录
dir： 可以通过执行 config set dir {newDir} 和 config set dbfilename {newFileName} 运行期动态执行，当下次运行时RDB文件会保存到新目录
压缩： Redis默认采用 LZF算法 对生成的RDB文件做压缩处理，压缩后的文件远远小于内存大小，默认开启，可以通过参数 config set rdbcompression {yes|no} 动态修改。
校验： 如果Redis加载损坏的RDB文件时拒绝启动，这个功能大概会多损失10%左右的性能，但获得了更高的数据可靠性。所以如果您的Redis服务需要追求极致的性能，就可以将这个选项设置为 no

RDB 的优缺点

优点：
- RDB文件是某个时间节点的快照，默认使用LZF算法进行压缩，压缩后的文件体积远远小于内存大小，适用于备份、全量复制等场景
- Redis加载RDB文件恢复数据要远远快于AOF方式
缺点：
- RDB方式实时性不够，无法做到秒级的持久化；
- 每次调用bgsave都需要fork子进程，fork子进程属于重量级操作，频繁执行成本较高；
- RDB文件是二进制的，没有可读性，AOF文件在了解其结构的情况下可以手动修改或者补全；
- 版本兼容RDB文件问题
针对RDB不适合实时持久化的问题，Redis提供了 AOF持久化 方式来解决

AOF 持久化

AOF(append only file)持久化：以独立日志的方式记录每次写命令，重启时再重新执行AOF文件中命令达到恢复数据的目的。
AOF的主要作用是解决了数据持久化的实时性，目前已经是 Redis持久化的主流方式

而AOF日志采用写后日志，即 先写内存，后写日志

Redis要求高性能，采用写日志有两方面好处：

避免额外的检查开销：Redis 在向 AOF 里面记录日志的时候，并不会先去对这些命令进行语法检查。所以，如果先记日志再执行命令的话，日志中就有可能记录了错误的命令，Redis 在使用日志恢复数据时，就可能会出错。
不会阻塞当前的写操作

但这种方式存在潜在风险：

如果命令执行完成，写日志之前宕机了，会丢失数据。
主线程写磁盘压力大，导致写盘慢，阻塞后续操作

如何实现 AOF

AOF日志记录Redis的每个写命令，步骤分为：命令追加（append）、文件写入（write）和文件同步（sync）

命令追加 当AOF持久化功能打开了，服务器在执行完一个写命令之后，会以协议格式将被执行的写命令追加到服务器的 aof_buf 缓冲区。
文件写入和同步 关于何时将 aof_buf 缓冲区的内容写入AOF文件中，Redis提供了三种写回策略

Always - 同步写回：每个写命令执行完，立马同步地将日志写回磁盘
Everysec(推荐) - 每秒写回：每个写命令执行完，只是先把日志写到AOF文件的内存缓冲区，每隔一秒把缓冲区中的内容写入磁盘
No - 操作系统控制的写回：每个写命令执行完，只是先把日志写到AOF文件的内存缓冲区，由操作系统决定何时将缓冲区内容写回磁盘(不推荐)

Conf 配置AOF

默认情况下，Redis是没有开启AOF的，可以通过配置redis.conf文件来开启AOF持久化，关于AOF的配置如下：

# appendonly参数开启AOF持久化
appendonly no

# AOF持久化的文件名，默认是appendonly.aof
appendfilename "appendonly.aof"

# AOF文件的保存位置和RDB文件的位置相同，都是通过dir参数设置的
dir ./

# 同步策略
# appendfsync always
appendfsync everysec
# appendfsync no

# aof重写期间是否同步
no-appendfsync-on-rewrite no

# 重写触发配置
auto-aof-rewrite-percentage 100
auto-aof-rewrite-min-size 64mb

# 加载aof出错如何处理
aof-load-truncated yes

# 文件重写策略
aof-rewrite-incremental-fsync yes

以下是Redis中关于AOF的主要配置信息：

appendonly：默认情况下AOF功能是关闭的，将该选项改为yes以便打开Redis的AOF功能。
appendfilename：这个参数项很好理解了，就是AOF文件的名字
appendfsync：这个参数项是AOF功能最重要的设置项之一，主要用于设置操作命令向AOF文件中同步的策略

RDB和AOF混合方式

Redis 4.0 中提出了一个混合使用 AOF 日志和内存快照的方法。简单来说，内存快照以一定的频率执行，在两次快照之间，使用 AOF 日志记录这期间的所有命令操作

这样一来，快照不用很频繁地执行，这就避免了频繁 fork 对主线程的影响。而且，AOF 日志也只用记录两次快照间的操作，也就是说，不需要记录所有操作了，因此，就不会出现文件过大的情况了，也可以避免重写开销。

如下图所示，T1 和 T2 时刻的修改，用 AOF 日志记录，等到第二次做全量快照时，就可以清空 AOF 日志，因为此时的修改都已经记录到快照中了，恢复时就不再用日志了

这个方法既能享受到 RDB 文件快速恢复的好处，又能享受到 AOF 只记录操作命令的简单优势, 实际环境中用的很多