Redis持久化

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Redis提供RDB和AOF两种持久化机制，持久化功能能够避免因进程推出造成的数据丢失问题，当下次重启时利用持久化的文件即可实现数据恢复

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持久化的过程分为手动触发和自动触发

触发机制

手动触发

手动触发的命令有save,bgsave

  • save：阻塞当前Redis，知道RDB过程完成，对于内存比较大的实例会造成阻塞，已经被淘汰
  • bgsave：Redis进程执行fork操作创建子进程，RDB持久化过程由子进程完成，完成后自动结束，阻塞只发生在fork阶段，一般时间很短

自动触发

  1. 使用save相关配置，save m n表示m秒内数据集存在n次修改时，自动触发bgsave
  2. 如果从节点执行全量复制操作，主节点自动执行bgsave生成RDB文件并发送给从节点
  3. 执行debug reload命令时重新加载Redis时，也会自动触发save操作
  4. 默认情况下执行shutdown命令，如果没有开启AOF持久化功能则自动执行bgsave

流程说明

bgsave执行的流程如下：

  1. 执行bgsave命令，Redis父进程判断当前是否存在正在执行的子进程，如RDB/AOF子进程，存在则则直接返回
  2. 父进程执行fork操作创建子进程，fork操作过程中父进程会阻塞，通过info stats可以查看latest_fork_usec选项，获得最近一个fork操作的耗时，单位为微秒
  3. 父进程fork完成后，bgsave命令返回“Background saving started”信息并不在阻塞父进程，可以继续响应其他命令
  4. 子进程创建RDB文件，根据父进程内存生成的临时快照文件，完成后对原有文件进行原子替换,执行lastsave可以获取最后一次生成RDB的时间，对应info统计的rdb_last_save_time
  5. 进程发送信号给父进程表示完成，父进程更新统计信息，存放在info的Persistence下

RDB对文件的处理

保存：RDB文件保存在配置文件dir指定的目录中，文件名通过dbfilename配置指定，可以通过config set dir {new Dir}和config set dbfilename {newFileName}运行期动态执行，当下次运行时RDB文件会保存在新目录中
压缩：Redis默认采用LZF算法对生成的RDB文件做压缩处理，压缩会消耗CPU内存，但是可以大幅度降低文件体积，可以通过参数config set rdbcompression {yes|no}动态修改
校验：Redis加载损坏的RDB文件时拒绝启动，可以使用redis-check-dump工具检测

RDB优缺点

优点

  • RDB是一个紧凑压缩的二进制文件，代表Redis在某个时间点上的一个数据快照，非常适用于备份，全量复制等场景
  • Redis加载RDB恢复数据远远快于AOF的方式

缺点

  • 没法做到实时持久化/秒级持久化
  • RDB使用特定的二进制格式保存，Redis演变过程中有很多RDB版本，存在老版本无法兼容新版本的问题

AOF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文件中的命令达到恢复数据的目的。AOF的主要作用是解决数据持久化的实时性

使用AOF

在配置文件中选择，默认不开启，可以通过appendfilename配置文件名，dir配置文件路径

appendonly yes

AOF工作流程

  1. 写入命令（append）
    所有的写入命令都会被追加到aof_buf缓冲区中
  2. 文件同步（aync）
    AOF缓冲区根据对应的策略向硬盘做同步操作
  3. 文件重写（rewrite）
    随着AOF文件越来越大，定期对AOF文件进行重写，达到压缩的目的
  4. 重启加载（load）
    当Redis服务器重启时，可以加载AOF文件进行数据恢复

文件写入
AOF文件写入的内容直接是文本协议格式（兼容性强，避免二次处理开销，具有可读性，方便修改和处理）
文件同步
可以通过配置文件配置多种AOF缓冲区同步文件策略，由参数appendfsync控制

  • always:写入aof_buf后调用系统fsync操作同步到AOF文件，fsync完成后线程返回；每次写入都要进行文件同步，一般不建议配置
  • everysec:命令写入aof_buf后调用系统write操作，完成后线程返回。fsync同步文件操作由专门线程每秒调用一次；建议的策略，理论上在系统突然宕机的情况下会丢失1秒数据，fsync完成后会与上次fsync时间做对比，超过两秒后主线程阻塞，直到同步操作完成
  • no:命令写入aof_buf后调用系统write操作，不对AOF文件做fsync同步，同步硬盘操作由操作系统负责，通常同步周期最长30秒，周期不可控，加大每次同步的数据量，虽然提升了性能，安全性无法保证

write操作会触发延迟写机制，在写入系统缓冲区后直接返回，同步硬盘操作依赖于系统调度机制，同步文件之前，如果此时系统故障宕机，缓冲区内的数据将丢失
fsync针对单个文件操作，做强制硬盘同步，fsync将阻塞直到写入硬盘完成后返回，保证了数据持久化

重写机制
随着命令不断写入AOF，文件会越来越大，Redis引入重写机制压缩文件体积，AOF文件重写是把Redis进程内的数据转化为写命令同步到新AOF文件的过程
重写后AOF文件变小的原理：

  1. 进程内已经超时的数据不再写入文件
  2. 旧的AOF文件含有无效命令，如del key，hdel key2，srem keys，set a1，set a2等，重写时使用进程内的数据直接生成，这样新的AOF文件只保留最终数据的写入命令
  3. 多条写的命令合并为一条，如lpush list a，lpush list b转化为lpush list a b，为了防止过多造成客户端缓冲区溢出，以64个元素为界拆分多条

重写的优点：降低文件占用空间，更快的被Redis加载
重写过程的触发：

  • 手动触发：使用bgrewriteaof命令
  • 自动触发：配置文件配置auto-aof-rewrite-min-size,auto-aof-rewrite-percentage,前者表示AOF重写时文件最小体积，默认64MB，后者代表AOF文件空间（aof_current_size）和上一次重写后AOF文件空间（aof_base_size）的比值

重写流程

  1. 执行AOF重写请求，如果当前进程正在执行AOF重写，请求不执行；如果当前进程正在执行bgsave操作，重写命令延迟到bgsave完成之后再执行
  2. 父进程执行fork创建子进程，开销等同于bgsave
  3. (1). 主进程fork操作完成后，继续响应其他命令，所有修改命令依然写入AOF缓冲区并根据appendfsync策略同步到硬盘，保证原有AOF机制正确性
    (2). 由于fork操作运用写时复制技术，子进程只能共享fork操作时的内部数据。由于父进程依然响应命令，Redis使用“AOF重写缓冲区”保证这部分新数据，防止新的AOF文件生成期间丢失这部分数据
  4. 子进程根据内存快照，按照命令合并规则写入到新的AOF文件，每次批量写入硬盘数据量由配置aof-rewrite-incremental-fsync控制，默认32MB，防止单次刷盘数据过多造成硬盘阻塞
  5. (1). 新AOF文件写入完成后，子进程发送信号给父进程，父进程更新统计信息
    (2). 父进程把AOF重写缓冲区的数据写入到新的AOF文件
    (3). 使用新的AOF文件替换老文件，重写完成

重启机制
AOF持久化开启且存在AOF文件时，优先加载AOF文件；AOF关闭或者文件不存在时，加载RDB文件，加载后启动成功，如果错误则启动失败并打印错误信息
文件校验
对于错误格式的AOF文件，先进行备份，然后可以采取redis-check-aof--fix命令进行修复，修复后可以使用diff-u进行数据差异对比，找出丢失的数据
AOF文件可能存在结尾不完整的情况，可以使用aof-load-truncate配置来兼容这种情况，默认开启。加载AOF文件时，当遇到此问题会忽略并继续启动，同时打印警告日志