apache ignite系列（四）：持久化

ignite持久化与固化内存

1.持久化的机制

ignite持久化的关键点如下:

ignite持久化可防止内存溢出导致数据丢失的情况；
持久化可以定制化配置，按需持久化;
持久化能解决在大量缓存数据情况下ignite节点启动缓慢的问题;
使用持久化后，ignite能存储海量的数据;
使用持久化之后需要手工启动集群；

持久化涉及到的一个关键点就是WAL，所谓WAL就是预写日志，目的是为了保证在持久化机制下数据写入的性能，其原理图如下所示:

在ignite中，对内存中数据的操作并不会立即同步到持久化文件(Partition File)中，而是先记录在预写日志(Write-Ahead Log)中，检查点线程(Checkpointing)将内存中的脏数据(dirty page)同步到持久化文件中，并且会将预写日志中的过期数据删除。

dirty page：在wal文件中但是还没写入partition files中，当dirty page 比例占到内存数据的2/3的时候会触发checkpoint机制。

checkpoint : 将内存中的数据同步到partition files中，当checkpoint结束之后，wal会归档，开启一个新的wal文件。

wal可以防止在极端情况下，比如断电，程序崩溃的情况下数据丢失，但是如果wal中的数据过多，那么在ignite启动的时候从wal读取数据势必会导致启动速度缓慢，因为从wal中读取数据的速度远比从partition files中读取数据的速度慢。缓存配置项中有个'writeThrottlingEnabled' 配置项可以改善这个情况，除此之外，还可以调整检查点的线程数以及同步频率来提升预写日志的效率，相关配置如下所示：

<property name="dataStorageConfiguration">
	<bean class="org.apache.ignite.configuration.DataStorageConfiguration">
	......
	 <!-- Threads that generate dirty pages too fast during ongoing checkpoint will be throttled -->
	 <property name="writeThrottlingEnabled" value="true"/>
        
     <!--Checkpointing frequency which is a minimal interval when the dirty pages will be written to the Persistent Store.-->
     <!-- 检查点频率 -->
     <property name="checkpointFrequency" value="180000"/>
        
     <!-- Number of threads for checkpointing.-->
     <!-- 检查点线程数 -->
     <property name="checkpointThreads" value="4"/>
        
     <!-- 在检查点同步完成后预写日志历史保留数量
     <!-- Number of checkpoints to be kept in WAL after checkpoint is finished.-->
     <property name="walHistorySize" value="20"/>       
	......
	</bean>
</property>

WAL有几种模式可以选择，可以关闭WAL或者强同步模式，保证数据在苛刻条件下也不会丢失，设置方式如下:

    <!-- 设置持久化预写日志模式. -->
    <property name="walMode">
        <util:constant static-field="org.apache.ignite.configuration.WALMode.DEFAULT"/>
    </property>

2. 通过配置开启持久化:

ignite中对于存储有个内存区的概念，每个cache默认使用的是Default_Region，可以自定义内存区，然后在定义缓存的时候指定缓存区，这样可以做到个性化持久化，比如有些缓存的数据量比较小，那么就没有持久化的必要，而有些表数据量比较大，而且还在持续增长，需要开启持久化防止内存溢出，这时可以通过自定义内存区将两者缓存区分开来，实现定制化持久化。

xml配置:

<!-- Consistent globally unique node identifier which survives node restarts. -->
<!-- 设置节点固定的一致性id,使得节点使用专用目录和数据分区 -->
<property name="consistentId" value="ABC"/>

<!-- 节点自定义存储配置 -->
<property name="dataStorageConfiguration">
    <bean class="org.apache.ignite.configuration.DataStorageConfiguration">
        <!-- Redefining the default region's settings -->
        <property name="defaultDataRegionConfiguration">
            <bean class="org.apache.ignite.configuration.DataRegionConfiguration">
                <property name="name" value="Default_Region"/>
                <!-- 设置默认内存区最大内存为 1GB. -->
                <property name="maxSize" value="#{1L * 1024 * 1024 * 1024}"/>
                <!-- 默认内存区开启持久化. -->
                <property name="persistenceEnabled" value="true"/>
            </bean>
        </property>
        <property name="dataRegionConfigurations">
            <list>
                <!-- 自定义内存区并开启持久化-->
                <bean class="org.apache.ignite.configuration.DataRegionConfiguration">
                    <!-- 内存区名. -->
                    <property name="name" value="500MB_Region"/>
                    <!-- 100 MB initial size. -->
                    <property name="initialSize" value="#{100L * 1024 * 1024}"/>
                    <!-- 500 MB maximum size. -->
                    <property name="maxSize" value="#{500L * 1024 * 1024}"/>
                    <!-- 开启持久化. -->
                    <property name="persistenceEnabled" value="true"/>
                </bean>
            </list>
        </property>

        <!-- 设置持久化预写日志模式. -->
        <property name="walMode">
            <util:constant static-field="org.apache.ignite.configuration.WALMode.DEFAULT"/>
        </property>

        <!-- 持久化文件存储路径. -->
        <!-- <property name="storagePath" value="D:\Test\db" /> -->
        <property name="storagePath" value="/data/local/db" />

        <!-- 预写日志存储路径. -->
        <!-- <property name="walPath" value="D:\Test\db\wal" /> -->
        <property name="walPath" value="/data/local/db/wal" />

        <!-- 预写日志解压路径. -->
        <!-- <property name="walArchivePath" value="D:\Test\db\wal\archive" /> -->
        <property name="walArchivePath" value="/data/local/db/wal/archive" />

    </bean>
</property>

java配置:

	private static final String usrDir = System.getProperty("user.dir");
	private static final String separator = File.separator;
	private static final String DB = "db";
	private static final String WAL = "wal";
	private static final String ARCHIVE = "archive";
	
	/**设置一致性Id*/
   igniteCfg.setConsistentId("ABC");
    /**ignite持久化配置*/
    DataStorageConfiguration dcfg = igniteCfg.getDataStorageConfiguration();
    dcfg.getDefaultDataRegionConfiguration()
            .setMaxSize(4L * 1024 * 1024 * 1024) //设置默认区域的最大可用内存
            .setPersistenceEnabled(true); //默认区域开启持久化
    //设置持久化路径
    dcfg.setStoragePath(String.format("%s%s%s", usrDir, separator, DB));
    dcfg.setWalPath(String.format("%s%s%s%s%s", usrDir, separator, DB, separator, WAL));
    dcfg.setWalArchivePath(String.format("%s%s%s%s%s%s%s", usrDir, separator, DB, separator, WAL, separator, ARCHIVE));

相关说明:

1.1 设置consistentId的原因:

默认状态下，如果节点重启，那么ignite会随机生成一个全局唯一的consistentId, 而持久化的磁盘路径是用consistentId 区分的，如果重启之后那么无法再读取原来区间的持久化文件，但是指定consistentId就可以使用固定空间，使用之前的持久化文件。

如果一台主机启动了若干个节点，那么每个节点进程都会在一个预定义的唯一子目录中，比如${IGNITE_HOME}/work/db/node{IDX}-{UUID}，有自己的持久化文件，这里IDX和UUID参数都是Ignite在节点启动时自动计算的（这里有详细描述）。如果在持久化层次结构中已经有了若干node{IDX}-{UUID}子目录，那么他们是按照节点先入先出的顺序进行赋值的。如果希望某节点即使重启也有专用目录和专用的数据分区，需要在集群范围配置唯一的IgniteConfiguration.setConsistentId，这个唯一ID会在node{IDX}-{UUID}字符串中映、射setStoragePath(...)到、setWalArchivePath(...)ffUUID`。

1.2 自定义存储区域的使用方式:

默认配置下，缓存使用的是默认内存区(defaultDataRegionConfiguration)，也可以自定义内存区，如上面配置文件中定义的"500MB_Region"。这样可以将需要持久化的数据和不需要持久化的数据分离出来，但是使用自定义的内存区的时候需要设置额外的属性:

<property name="cacheConfiguration">
    <list>
        <bean class="org.apache.ignite.configuration.CacheConfiguration">
          ...
            <property name="dataRegionName" value="500MB_Region"/>
          ...
        </bean>
    </list>
</property>

// Creating a cache configuration.
CacheConfiguration cacheCfg = new CacheConfiguration();
// Binding the cache to the earlier defined region.
cacheCfg.setDataRegionName("500MB_Region");

1.3 启用持久化之后需要手工激活集群:

集群激活
注意如果开启了Ignite持久化，集群默认是未激活的，无法进行任何的CRUD操作。用户需要手工激活集群，后面会介绍如何进行操作。

集群激活方式:

a. 代码激活:

        // Activating the cluster once all the cluster nodes are up and running.
        if(!ignite.active()) {
            ignite.active(true);  //如果集群未启动则启动集群
        }

b. web控制台:

c. 命令激活:

在命令行中，使用$IGNITE_HOME/bin文件夹中的control.sh|bat脚本，比如
.sh:
control.sh|bat

./control.sh --activate

.bat:

./control.bat --activate

1.4 ignite的destroyCache()方法同样会清除持久化文件.

destroyCache同样会清除持久化文件，但是持久化的缓存配置不会清除, 所以重启之后会出现容量为空的cache。如果要动态修改cache配置，必须先destroyCache,再做调整;

3. 持久化相关测试:

持久化占用的磁盘空间大小，以及持久化对于节点启动速度的提升:

数据量	磁盘占用	未持久化启动	持久化后启动
350w(生产数据)	分区文件5.6g, 预写日志7.0g	2分钟	39s
2400w(本地数据)	分区文件6.76g,预写日志12.1g	.......(内存溢出)	12s