一、为什么要持久化

        众所周知，redis是内存数据库，即所有数据都存储在内存，当服务器关闭时所有数据都将丢失。而持久化则是为了将redis中的数据以某种格式异步保存到硬盘中，在redis重启时仍然可以获取到以前的数据。另外持久化也被称为最简单的高可用方式，可以实现数据备份。

        Redis提供了两种持久化方式：RDB(快照)和AOF(日志)

二、RDB持久化

1、含义

RDB持久化指redis在运行期间按指定好的时间间隔生成当前redis数据的时间点快照，即保存当前时间点的数据集，并将该数据集保存在一个默认名为dump.rdb(可通过配置修改)的的二进制文件中，在下次redis启动时将该文件的数据载入到redis数据库(内存)，从而实现数据的持久化(保存)。

2、RDB持久化触发方式

(1)手动触发rdb持久化的方式有两种，一种是在客户端执行 save(同步) 命令，一种是执行 bgsave(异步) 命令。
save：客户端输入save命令，服务端接收到命令后开始创建rdb文件。执行save命令会阻塞redis服务器主进程，即save命令执行过程中直到rdb文件彻底生成前服务器无法客户端的任何请求，这是一个很粗暴的方式所以不会使用，时间复杂度O(n)。
bgsave：执行bgsave命令时redis会调用fork()函数创建一个子进程，由这个子进程来生成rdb文件，而主进程则继续处理客户端的请求，当rdb文件创建成功后子进程会返回结果给主进程，时间复杂度O(n)。在该过程中，只有fork子进程时会阻塞服务器(一般很快)，同时fork的时候会消耗内存，这是其缺点。

(2)自动触发

在 redis.conf 配置文件中有如下默认配置

save 900 1
save 300 10
save 60 10000

save 900 1：表示在900秒内redis中的数据有1次以上修改则执行一次bgsave命令将当前数据保存为rdb文件。其他两条save配置也是这个意思，只要这三个配置满足其中一个，则redis就执行bgsave命令(即save m n)。

save m n 原理：

这个配置其实是通过serverCron函数、dirty计数器、和lastsave时间戳来实现的。

redis服务器的周期性操作函数(serverCron)默认会每隔100ms执行一次，该函数主要用于包括检查 save m n 配置的条件是否满足等对服务器的状态进行维护的工作。dirty计数器主要是为了记录redis上一次执行bgsave/save后服务器数据做了多少次修改，每次执行完bgsave/save都将置0。注意dirty记录的是服务器进行了多少次修改，即lpush list a b 一条命令算执行两次修改。lastsave时间戳主要用于记录上一次成功执行save/bgsave的时间。

所以 save m n 命令执行需要满足两个条件： 当前时间-lastsave > m 、 dirty >= n

(3)其他场景下触发(不容忽略的触发机制)

  • 在主从复制场景下，如果从节点执行全量复制，则主节点会执行bgsave命令，并将rdb文件发送给从节点；
  • 执行shutdown命令时，自动执行rdb持久化(bgsave)。
  • debug reload时

3、RDB持久化优点：

  • 生成的rdb文件较紧凑，即体积较小，网络传输快，适合全量复制。
  • 数据量大时较aof持久化方式的恢复速度快。
  • 可以通过配置控制rdb文件生成的时间。
  • 与AOF相比，RDB最重要的优点之一是对性能的影响相对较小。
  • 在自动触发时，redis都会执行fork()函数生成子进程来生成rdb文件，而不占用主线程。

4、RDB持久化缺点：

  • 数据量很大时耗性能，上面的fork()子进程比较耗时(消耗内存)，导致服务器出现阻塞现象。
  • 跟aof比，不是非常耐久。
  • rdb持久化过程较繁琐，一般在较长一段时间才保存一次rdb文件。也就是说，在这个时间段内如果服务器宕机，则这个时间段的数据将丢失。

5、执行过程

在进行rdb持久化时，服务器执行以下操作：

  • redis调用 fork()函数创建了子进程。
  • 子进程创建后开始将redis中原有的数据集写入到一个临时 RDB 文件中。
  • 当子进程完成对新 RDB 文件的写入时，会用新 rdb 文件替换旧的 rdb 文件并将其删除。

6、配置

redis.conf 配置文件中关于rdp持久化配置说明如下：

  • save m n：bgsave自动触发的条件，当删除所有save m n配置则不会自动执行bgsave(最佳配置会删去)。
  • dir ./data/rdb：rdb文件生成的目录位置
  • dbfilename dump-6379.rdb：rdp文件名称
  • rdbcompression yes：是否开启rdb文件压缩
  • rdbchecksum yes：是否开启rdb文件的校验，即在写、读(启动载入)文件时检查数据是否损坏；关闭会带来性能优化但无法发现文件是否损坏。
  • stop-writes-on-bgsave-error yes：在执行bgsave出错时，redis是否停止写命令；设置为yes，当硬盘出现问题时可以及时发现，避免数据的大量丢失；设置为no，则不管bgsave的错误继续执行写命令。

三、AOF持久化

1、含义

AOF持久化指redis在运行期间，根据配置所选策略，将所有执行的命令写到一个AOF文件中。当redis服务器宕机，下次启动是可载入该AOF文件执行之前的命令从而恢复数据，redis默认该持久化方式是关闭的。

2、三种策略

AOF开启的时候，redis在执行写操作的时候同时会把写命令刷新到缓冲区(aof_buf)，再由不同的策略决定什么时候将缓冲区的数据写到硬盘的AOF文件中。AOF提供了三种持久化策略：always、everysec、no

always：每条写命令执行的时候都实时fsync到硬盘AOF文件

everysec：每秒把缓冲区fsync到硬盘AOF文件

no：由操作系统决定什么时候fsync到硬盘AOF文件，redis不会主动调用fsync去将AOF日志内容同步到磁盘，完全依赖于操作系统的调试，对大多数Linux操作系统，是每30秒进行一次fsync。

 

always

everysec

no

优点

不丢失数据

每秒一次fsync，只丢1秒数据

不用管

缺点

IO开销较大，不断进行IO操作

会丢1秒数据(实际可能2秒)

不可控

3、AOF重写

（1）定义：AOF持久化时，会将所有写命令写到AOF文件中，当操作比较频繁时文件会一下子变很大。同时用户如果不断执行多条自增或者对同一个key做多次set操作，将会导致AOF存在很多无意义的写命令，这对文件大小以及数据恢复都很不友好。因此AOF持久化时会有一个“AOF重写“的操作，当文件达到某个条件的时候会执行重写(bgrewriteaof)，将文件中多条命令精简为最少的命令从而减少硬盘占用量、加快恢复速度。

（2）两种触发方式：手动执行bgrewriteaof命令、根据aof重写配置自动触发

bgrewriteaof：客户端发起bgrewriteaof命令，服务端收到命令后会fork一个子进程，再由子进程对AOF文件进行重写

配置方式：redis.conf配置文件中有 auto-aof-rewrite-min-size(aof文件重写需要达到的大小)、auto-aof-rewrite-percentage(文件增长率，即目前的AOF文件的大小超过上一次重写时的AOF文件的百分之多少时再次进行重写，如果之前没有重写过，则以启动时AOF文件大小为依据) 这两个配置，重写自动触发机制满足如下两个条件：aof_current_aof >auto-aof-rewrite-min-size  ；  (aof_current_aof -aof_base_size )/aof_base_size >auto-aof-rewrite-percentage。其中 aof_current_aof 表示AOF当前文件大小(字节)  、 aof_base_size 表示上次启动和重写后AOF文件的大小(字节)。

（3）重写执行步骤：

  • redis主进程调用fork()函数，创建子进程。
  • 子进程开始根据旧的AOF文件将新 AOF 文件的内容写入到临时文件。
  • 对于所有新执行的写入命令，父进程一边将它们累积到一个内存缓存中，一边将这些改动追加到现有 AOF 文件的末尾。这样就算重写途中宕机，旧的AOF文件还是完整的。
  • 当子进程完成重写工作时会给主进程发一个返回，主进程则开始将内存缓存的所有数据追加到新AOF文件末尾，之后就只对新AOF文件尽心追加操作。

（4）重写能够压缩AOF文件原因：

  • 过期的数据不再写入文件
  • 无效的命令不再写入文件：如有些数据被重复设值(set mykey v1, set mykey v2)、有些数据被删除了(sadd myset v1, del myset)等等
  • 多条命令可以合并为一个

4、AOF的执行流程如下：

  • 命令追加(append)：将redis的写命令追加到缓冲区aof_buf，不是直接写入文件，主要是为了避免每次有写命令都直接写入硬盘，导致硬盘IO成为redis负载的瓶颈。
  • 文件写入(write)和文件同步(sync)：根据不同的同步策略将aof_buf中的内容同步到硬盘；
  • 文件重写(rewrite)：定期重写AOF文件，达到压缩的目的。

5、AOF持久化优点

  • 可选不同的 fsync 策略，默认策略为每秒钟 fsync 一次，如果服务器挂了最多只丢失一秒钟的数据。
  • AOF 文件是一个只进行追加操作的日志文件，操作较简单因此压力较小。
  • 可用 redis-check-aof 工具修复有问题的aof文件。
  • 可重写压缩文件。
  • 相对于RDB持久化，其数据集更完整。
  • 完全耐久。

6、AOF持久化缺点

  • 相同的数据集来说，AOF 文件的体积通常要大于 RDB 文件的体积
  • 根据所使用的 fsync 策略，AOF 的速度可能会慢于 RDB
  • 恢复速度慢、对性能影响大。

7、配置

redis.conf 配置文件中关于aof持久化配置说明如下：

  • appendonly yes  ：是否开启AOF，设置为yes开启aof持久化(默认关闭)
  • appendfilename "appendonly-6379.aof"：AOF文件名
  • appendfsync everysec：fsync持久化策略
  • dir ./ ：AOF文件所在目录
  • no-appendfsync-on-rewrite yes：AOF重写期间是否禁止fsync；如果开启该选项，可以减轻文件重写时CPU和硬盘的负载，但是可能会丢失AOF重写期间的数据；需要在负载和安全性之间进行平衡
  • auto-aof-rewrite-percentage 100：文件重写需要满足的增长率
  • auto-aof-rewrite-min-size 64mb：文件重写需要满足的大小
  • aof-load-truncated yes：如果AOF文件结尾损坏，redis启动时是否仍载入AOF文件

四、两种持久化方式对比及总结

当两种持久化一起使用，在redis启动时会先使用aof还原数据。当AOF开启，但AOF文件不存在时，即使RDB文件存在也不会加载。选择哪一种持久化需要结合实际场景，如果能接受几分钟数据丢失就使用rdb。一般而言rdb最佳策略：单机时关、主从时，主关从开。而aof最佳策略：开启、选择everysec、同时集中管理AOF重写。

这两种持久化的对比如下表：

 

RDB

AOF

启动优先级

低

高

体积

小

大

恢复速度

快

慢

数据安全性

丢数据

根据策略决定

轻重

重

轻

五、其他

（1）当服务器运行时需要修改配置，如开启aof，可执行如下操作： 

config get appendonly   //得到关闭
config set appendonly yes
config rewrite

（2）fork

在两种持久化时都会涉及到fork操作，并且只有在fork时会阻塞主进程，所以这里也了解一下。

fork操作是同步操作 ，且其操作与内存量有很大关系，内存越大耗时越长。

改善(网上看到的)：

  • 优先使用物理机或高效支持fork操作的虚拟化技术
  • 控制reids实例最大可用内存
  • 合理配置linux内存分配策略
  • 降低fork频率：例如放宽AOF重写自动触发时机，不必要的全量复制

（3）对于主从环境下的持久化设置

  • master节点：完全关闭持久化（包括RDB和AOF），这样可以让master的性能达到最好
  • slave节点：关闭RDB，开启AOF（如果对数据安全要求不高，开启RDB关闭AOF也可以），并定时对持久化文件进行备份（如备份到其他文件夹，并标记好备份的时间）；然后关闭AOF的自动重写，然后添加定时任务，在每天Redis闲时（如凌晨12点）调用bgrewriteaof。

（4）aof持久化：当持久化策略选择everysec时，主进程在执行完写操作后调用系统write操作将命令写到aof_buf则返回，而命令从aof_buf到硬盘中的aof文件由专门的文件同步线程每秒调用一次，跟主进程无关。这样就会导致当硬盘负载过高，那么fsync操作可能会超过1s，此时redis主线程持续高速向aof_buf写入命令，但是数据一直卡着没fsync到硬盘，此时如果redis宕机则丢失的数据将远不止1秒。

redis的处理策略：主线程每次将数据扔给aof_buf返回后，会对比上次fsync成功的时间；如果距上次不到2s，主线程直接返回；如果超过2s，则主线程阻塞直到fsync同步完成(不再进行写操作)。因此，如果系统硬盘负载过大导致fsync速度太慢，会导致redis主线程的阻塞，此时使用everysec配置最多可能丢失2s的数据而非1s。