Redis详解(6)--redis持久化

Redis详解(6)--redis持久化

Redis 相对于 Memcache 等其他的缓存产品，有一个比较明显的优势就是 Redis 不仅仅支持简单的key-value类型的数据，同时还提供list，set，zset，hash等数据结构的存储。接下来我们要介绍 Redis 的另外一大优势——持久化

由于 Redis 是一个内存数据库，所谓内存数据库，就是将数据库中的内容保存在内存中，这与传统的MySQL，Oracle等关系型数据库直接将内容保存到硬盘中相比，内存数据库的读写效率比传统数据库要快的多（内存的读写效率远远大于硬盘的读写效率）。但是保存在内存中也随之带来了一个缺点，一旦断电或者宕机，那么内存数据库中的数据将会全部丢失。

为了解决这个缺点，Redis提供了将内存数据持久化到硬盘，以及用持久化文件来恢复数据库数据的功能。Redis 支持两种形式的持久化，一种是RDB快照（snapshotting），另外一种是AOF（append-only-file）

RDB

RDB简介

RDB是Redis用来进行持久化的一种方式，是把当前内存中的数据集快照写入磁盘，也就是 Snapshot 快照（数据库中所有键值对数据）。恢复时是将快照文件直接读到内存里。


触发方式

RDB 有两种触发方式，分别是自动触发和手动触发

自动触发

在 redis.conf 配置文件中的 SNAPSHOTTING 下

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save：这里是用来配置触发 Redis的 RDB 持久化条件，也就是什么时候将内存中的数据保存到硬盘。比如“save m n”。表示m秒内数据集存在n次修改时，自动触发bgsave（这个命令下面会介绍，手动触发RDB持久化的命令）

默认如下配置：

save 900 1：表示900 秒内如果至少有 1 个 key 的值变化，则保存
save 300 10：表示300 秒内如果至少有 10 个 key 的值变化，则保存
save 60 10000：表示60 秒内如果至少有 10000 个 key 的值变化，则保存

当然如果你只是用Redis的缓存功能，不需要持久化，那么你可以注释掉所有的 save 行来停用保存功能。可以直接一个空字符串来实现停用：save ""

stop-writes-on-bgsave-error ：默认值为yes。当启用了RDB且最后一次后台保存数据失败，Redis是否停止接收数据。这会让用户意识到数据没有正确持久化到磁盘上，否则没有人会注意到灾难（disaster）发生了。如果Redis重启了，那么又可以重新开始接收数据了

rdbcompression ；默认值是yes。对于存储到磁盘中的快照，可以设置是否进行压缩存储。如果是的话，redis会采用LZF算法进行压缩。如果你不想消耗CPU来进行压缩的话，可以设置为关闭此功能，但是存储在磁盘上的快照会比较大。

dbfilename ：设置快照的文件名，默认是 dump.rdb

dir：设置快照文件的存放路径，这个配置项一定是个目录，而不能是文件名。默认是和当前配置文件保存在同一目录。

也就是说通过在配置文件中配置的 save 方式，当实际操作满足该配置形式时就会进行 RDB 持久化，将当前的内存快照保存在 dir 配置的目录中，文件名由配置的 dbfilename 决定。

手动触发

手动触发Redis进行RDB持久化的命令有两种：

  1. save

    该命令会阻塞当前Redis服务器，执行save命令期间，Redis不能处理其他命令，直到RDB过程完成为止。

    显然该命令对于内存比较大的实例会造成长时间阻塞，这是致命的缺陷，为了解决此问题，Redis提供了第二种方式。

  2. bgsave

    执行该命令时，Redis会在后台异步进行快照操作，快照同时还可以响应客户端请求。具体操作是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。

基本上 Redis 内部所有的RDB操作都是采用 bgsave 命令。

ps:执行执行 flushall 命令，也会产生dump.rdb文件，但里面是空的，无意义


恢复数据

将备份文件 (dump.rdb) 移动到 redis 安装目录并启动服务即可，redis就会自动加载文件数据至内存了。Redis 服务器在载入 RDB 文件期间，会一直处于阻塞状态，直到载入工作完成为止。

获取 redis 的安装目录可以使用 config get dir 命令

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停止RDB持久化

有些情况下，我们只想利用Redis的缓存功能，并不像使用 Redis 的持久化功能，那么这时候我们最好停掉 RDB
持久化。可以通过上面讲的在配置文件 redis.conf 中，可以注释掉所有的 save 行来停用保存功能或者直接一个空字符串来实现停用：save ""

也可以通过命令：

redis-cli config set save " "

RDB的优劣势

  1. 优势

    1. RDB是一个非常紧凑(compact)的文件，它保存了redis 在某个时间点上的数据集。这种文件非常适合用于进行备份和灾难恢复
    2. 生成RDB文件的时候，redis主进程会fork()一个子进程来处理所有保存工作，主进程不需要进行任何磁盘IO操作
    3. RDB 在恢复大数据集时的速度比 AOF 的恢复速度要快

  2. 劣势

    1. RDB方式数据没办法做到实时持久化/秒级持久化。因为bgsave每次运行都要执行fork操作创建子进程，属于重量级操作(内存中的数据被克隆了一份，大致2倍的膨胀性需要考虑)，频繁执行成本过高(影响性能)
    2. RDB文件使用特定二进制格式保存，Redis版本演进过程中有多个格式的RDB版本，存在老版本Redis服务无法兼容新版RDB格式的问题(版本不兼容)
    3. 在一定间隔时间做一次备份，所以如果redis意外down掉的话，就会丢失最后一次快照后的所有修改(数据有丢失)

RDB自动保存原理

Redis有个服务器状态结构：

struct redisService{
     //1、记录保存save条件的数组
     struct saveparam *saveparams;
    
     //2、修改计数器
     long long dirty;
    
     //3、上一次执行保存的时间
     time_t lastsave;
}

  1. 首先看记录保存save条件的数组 saveparam，里面每个元素都是一个 saveparams 结构：

    struct saveparam{
     //秒数
     time_t seconds;
    
     //修改数
     int changes;
};

    前面我们在 redis.conf 配置文件中进行了关于save 的配置：

    save 900 1：表示900 秒内如果至少有 1 个 key 的值变化，则保存
save 300 10：表示300 秒内如果至少有 10 个 key 的值变化，则保存
save 60 10000：表示60 秒内如果至少有 10000 个 key 的值变化，则保存

    那么服务器状态中的saveparam 数组将会是如下的样子：

    1120165-20180605205542608-719758439

  2. dirty 计数器和lastsave 属性

    dirty 计数器记录距离上一次成功执行 save 命令或者 bgsave 命令之后，Redis服务器进行了多少次修改（包括写入、删除、更新等操作）。

    lastsave 属性是一个时间戳，记录上一次成功执行 save 命令或者 bgsave 命令的时间。

    通过这两个命令，当服务器成功执行一次修改操作，那么dirty 计数器就会加 1，而lastsave 属性记录上一次执行save或bgsave的时间，Redis 服务器还有一个周期性操作函数 severCron ,默认每隔 100 毫秒就会执行一次，该函数会遍历并检查 saveparams 数组中的所有保存条件，只要有一个条件被满足，那么就会执行 bgsave 命令。

    执行完成之后，dirty 计数器更新为 0 ，lastsave 也更新为执行命令的完成时间。


AOF

RDB 持久化存在一个缺点是一定时间内做一次备份，如果redis意外down掉的话，就会丢失最后一次快照后的所有修改(数据有丢失)。对于数据完整性要求很严格的需求，怎么解决呢？

AOF简介

Redis的持久化方式之一RDB是通过保存数据库中的键值对来记录数据库的状态。而另一种持久化方式 AOF 则是通过保存Redis服务器所执行的写命令来记录数据库状态。

比如对于如下命令：

1120165-20180605230748515-1105660271

RDB 持久化方式就是将 str1,str2,str3 这三个键值对保存到 RDB文件中，而 AOF 持久化则是将执行的set,sadd,lpush 三个命令保存到 AOF 文件中。


AOF配置

在 redis.conf 配置文件的 APPEND ONLY MODE 下：

1120165-20180605231439984-1617714762

  • appendonly：默认值为no，也就是说redis 默认使用的是rdb方式持久化，如果想要开启 AOF 持久化方式，需要将 appendonly 修改为 yes。
  • appendfilename ：aof文件名，默认是"appendonly.aof"
  • appendfsync：aof持久化策略的配置；
    • no表示不执行fsync，由操作系统保证数据同步到磁盘，速度最快，但是不太安全；
    • always表示每次写入都执行fsync，以保证数据同步到磁盘，效率很低；
    • everysec表示每秒执行一次fsync，可能会导致丢失这1s数据。通常选择 everysec ，兼顾安全性和效率。
  • no-appendfsync-on-rewrite：在aof重写或者写入rdb文件的时候，会执行大量IO，此时对于everysec和always的aof模式来说，执行fsync会造成阻塞过长时间，no-appendfsync-on-rewrite字段设置为默认设置为no。如果对延迟要求很高的应用，这个字段可以设置为yes，否则还是设置为no，这样对持久化特性来说这是更安全的选择。设置为yes表示rewrite期间对新写操作不fsync,暂时存在内存中,等rewrite完成后再写入，默认为no，建议yes。Linux的默认fsync策略是30秒。可能丢失30秒数据。默认值为no。
  • auto-aof-rewrite-percentage：默认值为100。aof自动重写配置，当目前aof文件大小超过上一次重写的aof文件大小的百分之多少进行重写，即当aof文件增长到一定大小的时候，Redis能够调用bgrewriteaof对日志文件进行重写。当前AOF文件大小是上次日志重写得到AOF文件大小的二倍（设置为100）时，自动启动新的日志重写过程。
  • auto-aof-rewrite-min-size：64mb。设置允许重写的最小aof文件大小，避免了达到约定百分比但尺寸仍然很小的情况还要重写。
  • aof-load-truncated：aof文件可能在尾部是不完整的，当redis启动的时候，aof文件的数据被载入内存。重启可能发生在redis所在的主机操作系统宕机后，尤其在ext4文件系统没有加上data=ordered选项，出现这种现象 redis宕机或者异常终止不会造成尾部不完整现象，可以选择让redis退出，或者导入尽可能多的数据。如果选择的是yes，当截断的aof文件被导入的时候，会自动发布一个log给客户端然后load。如果是no，用户必须手动redis-check-aof修复AOF文件才可以。默认值为yes。

开启AOF

将 redis.conf 的 appendonly 配置改为 yes 即可。

AOF 保存文件的位置和 RDB 保存文件的位置一样，都是通过 redis.conf 配置文件的 dir 配置：

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可以通过 config get dir 命令获取保存的路径。


AOF文件恢复

重启 Redis 之后就会进行 AOF 文件的载入。

异常修复命令：redis-check-aof --fix 进行修复


AOF重写

由于AOF持久化是Redis不断将写命令记录到 AOF 文件中，随着Redis不断的进行，AOF 的文件会越来越大，文件越大，占用服务器内存越大以及 AOF 恢复要求时间越长。为了解决这个问题，Redis新增了重写机制，当AOF文件的大小超过所设定的阈值时，Redis就会启动AOF文件的内容压缩，只保留可以恢复数据的最小指令集。可以使用命令bgrewriteaof 来重写。

比如对于如下命令：

1120165-20180606064309036-455494343

如果不进行 AOF 文件重写，那么 AOF 文件将保存四条 SADD 命令，如果使用AOF 重写，那么AOF 文件中将只会保留下面一条命令：

sadd animals "dog" "tiger" "panda" "lion" "cat"

也就是说 AOF 文件重写并不是对原文件进行重新整理，而是直接读取服务器现有的键值对，然后用一条命令去代替之前记录这个键值对的多条命令，生成一个新的文件后去替换原来的 AOF 文件。

AOF 文件重写触发机制：通过 redis.conf 配置文件中的 auto-aof-rewrite-percentage：默认值为100，以及auto-aof-rewrite-min-size：64mb 配置，也就是说默认Redis会记录上次重写时的AOF大小，默认配置是当AOF文件大小是上次rewrite后大小的一倍且文件大于64M时触发。

这里再提一下，我们知道 Redis 是单线程工作，如果 重写 AOF 需要比较长的时间，那么在重写 AOF 期间，Redis将长时间无法处理其他的命令，这显然是不能忍受的。Redis为了克服这个问题，解决办法是将 AOF 重写程序放到子程序中进行，这样有两个好处：

  1. 子进程进行 AOF 重写期间，服务器进程（父进程）可以继续处理其他命令。
  2. 子进程带有父进程的数据副本，使用子进程而不是线程，可以在避免使用锁的情况下，保证数据的安全性。

使用子进程解决了上面的问题，但是新问题也产生了：因为子进程在进行 AOF 重写期间，服务器进程依然在处理其它命令，这新的命令有可能也对数据库进行了修改操作，使得当前数据库状态和重写后的 AOF 文件状态不一致。

为了解决这个数据状态不一致的问题，Redis 服务器设置了一个 AOF 重写缓冲区，这个缓冲区是在创建子进程后开始使用，当Redis服务器执行一个写命令之后，就会将这个写命令也发送到 AOF 重写缓冲区。当子进程完成 AOF 重写之后，就会给父进程发送一个信号，父进程接收此信号后，就会调用函数将 AOF 重写缓冲区的内容都写到新的 AOF 文件中。

这样将 AOF 重写对服务器造成的影响降到了最低。


AOF的优缺点

  • 优点
    • AOF 持久化的方法提供了多种的同步频率，即使使用默认的同步频率每秒同步一次，Redis 最多也就丢失 1 秒的数据而已
    • AOF 文件使用 Redis 命令追加的形式来构造，因此，即使 Redis 只能向 AOF 文件写入命令的片断，使用 redis-check-aof 工具也很容易修正 AOF 文件
    • AOF 文件的格式可读性较强，这也为使用者提供了更灵活的处理方式。例如，如果我们不小心错用了 FLUSHALL 命令，在重写还没进行时，我们可以手工将最后的 FLUSHALL 命令去掉，然后再使用 AOF 来恢复数据
  • 缺点
    • 对于具有相同数据的的 Redis，AOF 文件通常会比 RDB 文件体积更大
    • 虽然 AOF 提供了多种同步的频率，默认情况下，每秒同步一次的频率也具有较高的性能。但在 Redis 的负载较高时，RDB 比 AOF 具好更好的性能保证
    • RDB 使用快照的形式来持久化整个 Redis 数据，而 AOF 只是将每次执行的命令追加到 AOF 文件中，因此从理论上说，RDB 比 AOF 方式更健壮。官方文档也指出，AOF 的确也存在一些 BUG，这些 BUG 在 RDB 没有存在

那么对于 AOF 和 RDB 两种持久化方式，我们应该如何选择呢？

如果可以忍受一小段时间内数据的丢失，毫无疑问使用 RDB 是最好的，定时生成 RDB 快照（snapshot）非常便于进行数据库备份， 并且 RDB 恢复数据集的速度也要比 AOF 恢复的速度要快，而且使用 RDB 还可以避免 AOF 一些隐藏的 bug；否则就使用 AOF 重写。但是一般情况下建议不要单独使用某一种持久化机制，而是应该两种一起用，在这种情况下,当redis重启的时候会优先载入AOF文件来恢复原始的数据，因为在通常情况下AOF文件保存的数据集要比RDB文件保存的数据集要完整。Redis后期官方可能都有将两种持久化方式整合为一种持久化模型。

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