【Redis】持久化

对于Redis中间件来说，一般是作为内存型数据库或者缓存出现的。但是由于其数据是在内存中，因此当Redis所在的主机宕机之后，数据就会消失，再次重启之后，没有任何数据。这对于生产环境来说，是属于P0级别的灾难了。

因此，对于Redis来说，不仅要将数据存在内存中，还要将数据持久化到硬盘上。这样当Redis重启之后，可以通过硬盘中的数据来恢复内存中的数据。如果Redis是作为内存数据库的话，那么客户端就可以继续进行访问得到数据；如果Redis是作为缓存的话，那么就可以减少MySQL的压力，从而避免MySQL宕机。

Redis有两种持久化方式：RDB和AOF。

 RDB

RDB是定期备份的持久化方式，即Redis定期会把内存中的数据进行备份，生成一个快照，保存在硬盘中。这样，当Redis重启的时候，就可以读取RDB文件来恢复内存数据。

触发方式

手动触发

程序猿在客户端输入特定的命令，来触发Redis服务器快照的生成。

save：通过save命令，可以使Redis服务器触发快照行为，进行备份

bgsave：通过bgsave命令，同样可以使Redis触发快照行为，进行备份。

对于save和bgsave两个命令来说，最大的区别就是save会和其他客户端命令一样，在同一个进程中执行，因此就会影响其他客户端命令的执行；而对于bgsave命令来说，并不会在当前进程中执行，而是fork一个子进程，在子进程中执行，这样就不会影响其他客户端的请求。

 bgsave的执行流程

1.  客户端发送bgsave命令之后，Redis服务器会判断是否已经正在执行该命令。如果正在执行，那么就会直接进行返回。

2. 如果没有执行，那么Redis服务器就会通过fork命令，来创建出一个子进程。

fork命令是Linux系统提供的一个创建子进程的API。简单来说，fork命令就是将原来的进程给简单粗暴的复制一份。复制完成之后，两个进程之间就没有任何的关系，各自会执行各自的内容，不过由于后续的进程，即子进程是父进程复制而来，因此两个进程中的数据是完成相同的。这样，让子进程生成一份快照，就相当于让父进程生成一份快照。

对于fork命令来说，是不是有比较大的性能开销？不会，执行fork命令进行内存拷贝的时候，并不是在内存空间中把所有的数据全部复制一份，而是采用写时拷贝的方式来完成。

所谓写时拷贝，当父子进程的数据是完成相同时，两者指向的内存空间还是同样的位置。但是当任一进程发生改变时，才会开辟一个新的内存空间来记录变化的数据。

综上所述，使用fork命令生成父子进程时，并不会产生较大的性能开销。毕竟Redis改变的数据并不是大多数，而是一小部分，因此对于写时拷贝来说消耗并不是很大，整体来说较快。

3. 父进程继续执行客户端的其他命令请求，而子进程则是来生成快照，进行备份。

4. 子进程持久化完成之后，就会来通知父进程。父进程再更新一些统计信息之后，子进程就可以销毁了。

自动触发

1. 在Redis的配置文件中可以进行配置，以来达到自动触发定期快照的操作；

2. 在主从模式中，给主节点加从节点时，主节点会主动生成快照，发送给从节点；

3. 当客户端发送shutdown命令，进程关闭服务器时，会触发快照的生成，但是如果是意外宕机，例如掉电或者kill，那么此时就不会生成快照。

RDB文件

1. RDB文件的存放位置，是可以通过Redis的配置信息来设置的，默认是放在/var/lib/redis中。

2. Redis文件是一个二进制的文件。即把内存中的数据通过压缩的形式，保存到这个二进制文件中。通过压缩，可以节省空间，但是进行操作时就会消耗一定的CPU资源。

3. Redis重启时，就会通过RDB文件来恢复内存中的数据。但是如果RDB的数据内容发生了变化，那么就有可能重启失败，也有可能重启成功。因此，Redis还专门提供了检查RDB文件的工具，可以在重启服务器之前，先检查RDB文件是否发生错误。

4. 在快照生成RDB文件时，会将生成的这些内容存储到一个临时的文件中。当快照生成完毕，就会使用新生成的RDB文件来代替旧的RDB文件，这样硬盘中自始至终就只有一个文件了。

 5. 在bgsave命令的执行流程中，虽然fork子进程的性能消耗并不大，但是RDB文件的生成也有一个较高的性能开销，因此RDB文件不是实时备份，而是定期备份。正是由于定期备份，因此在一次备份完成之后，Redis宕机，再次重启时，备份之后操作的数据都不复存在。

RDB特点

1. RDB文件是一个二进制格式的文件，因此非常适合用于备份、全量复制等场景。

2. Redis加载RDB恢复数据往往比加载AOF恢复数据要快。这是因为RDB使用二进制来组织数据，而AOF则是使用文本格式来组织数据，而计算机天然对二进制好感度高。

3. Redis无法做到实时持久化，毕竟生成一次快照消耗的资源还是较多的，属于重量级操作，频繁执行成本过高。

4. RDB使用二进制格式保存，但是Redis不同的版本可能二进制格式略有不同，因此可能存在兼容性问题（例如将5版本的RDB放到7版本的RDB文件中，就可能运行不起来）。

AOF

AOF（Append Only File）是实时备份的持久化方式。所谓实时备份，并不是将Redis服务器内存中的数据进行持久化，而是把用户进行的操作当作日志记录成文件。也就是说，当用户执行某条操作时，Redis就会进行记录，并且写入到文件中。这样，当Redis服务器重新启动的时候，就回去读取AOF文件，用来恢复数据。

对于RDB方式的持久化来说，最大的问题是不能实时持久化来保存数据。这就导致在某些突发情况发生后，Redis服务器重启时，Redis内存中的数据可能会存在丢失的情况。

因此，AOF方式的持久化，就是用来解决RDB存在的问题。当开启AOF方式的持久化之后，Redis服务器重新启动时，就会读取AOF文件中的内容来恢复内存数据，不会再读取RDB文件的内容。

 开启AOF

默认情况下，Redis服务器是使用RDB的方式来进行持久化的。对于AOF来说，默认则是关闭状态，要想使用AOF，就要在配置文件中进行开启：

 当AOF方式的持久化开启之后，RDB就会失效。并且对于AOF来说，其文件生成的位置和RDB文件生成的位置在同一目录下。

AOF与Redis性能间的关系

引入AOF之后，既要操作内存（Redis服务器需要对客户端发送的请求进行响应），又要操作硬盘（Redis服务器需要把客户端的操作当成日志写入文件），这是否对Redis的效率产生了很大的影响？答案是没有。

AOF虽然是把客户端的操作给记录下来，但是并不是直接让工作线程把数据给写入硬盘。而是先把数据写入到内存中的缓冲区中，当积累一定数量之后（通过积累，可以降低写硬盘的次数，从而减少性能的消耗），统一写入硬盘（写入硬盘时，采用了顺序读取的方式，相对随机读取来说还是比较快的一种读取方式）。

通过上述描述，我相信大家存在一个疑惑：把数据写入缓冲区，那不还是在内存中，这些数据依然有丢失的风险，因此AOF依旧没解决RDB存在的问题。

其实不然，AOF的确解决了RDB存在的不能实时持久化的问题，这本质上存在一个可靠和性能的矛盾性。当数据特别可靠时，其性能一定会有所损耗；当性能非常好时，其数据可靠性就会有所下降。例如MySQL中的隔离级别，当隔离级别是可串行化时，其数据基本上完全可靠，但是性能低下；当隔离级别是读未提交时，其读取到的数据不一定可靠，但是其性能一定非常高。

综上，针对Redis的AOF来说，其官方也给出了不同的措施来解决不同业务场景下的问题，即程序员根据对系统的评估来取舍缓存区的刷新策略。刷新频率越高，那么其性能影响也就越大，但是其数据的可靠性就越高；刷新频率越低，性能影响就会越小，但是数据的可靠性就会降低。

在Redis中，使用appendfsync属性来配置刷新策略，并且给出了三个配置值。

重写机制

在AOF文件中，记录的是客户端每次进行的操作。但是在客户端操作的过程中，可能某个变量会重复被操作，最后被删除。这些操作如果记录在AOF文件中，那么在Redis服务器重启的时候，也会对这个变量进行反复操作，最后删除，那么就是消耗大量内存但是做了无用的事。

因此Redis就存在一个机制，能够对AOF文件进行整理操作，这个整理就能够剔除其中的冗余操作，并且合并一些操作，达到给AOF文件瘦身的效果。这样，当Reids服务器进行重启的时候，就不会机械性的做一些无用的操作。

这个机制就被称为Redis的重写机制。

触发方式

手动触发和自动触发两种。

手动触发使用bgrewriteaof命令进行操作；

自动触发则根据auto-aof-rewrite-min-size和auto-aof-rewrite-percentage参数确定自动触发时机，auto-aof-rewrite-min-size表示触发重写时AOF的最小文件大小，默认是64MB，auto-aof-rewrite-percentage代表当前AOF占用大小相比较上次重写时增加的比例。

重写流程

① 当Redis接收到了重写操作时，就会fork一个子进程。如果此时Redis服务器已经在重写，那么就不会再次执行命令，直接返回。

 ② 父进程仍然接收请求，子进程负责针对AOF文件进行重写。在重写的时候，并不关心AOF文件原来有啥内容，只关心此时内存中数据的最终状态。因此，子进程只需要把当前的数据获取出来，以AOF文件的格式写入到一个新的AOF文件中。

③ 子进程在重写AOF文件的同时，父进程还是会不停的接收客户端的请求，并且把这些请求产生的AOF数据写入到缓冲区中，再刷新到原来的AOF文件中。在执行这些命令的同时，父进程还会准备一个新的缓冲区，把fork之后产生的AOF数据放入其中。

为啥要准备这个新的缓冲区？

当fork之后，子进程中的内存数据是父进程fork之前的，因此对于fork之后的请求对内存造成的修改，子进程是不知道的。所以，当Redis把子进程的内存数据整理完毕之后，如果直接代替之前的文件，那么整理文件过程中产生的数据会丢失。所以，要准备这个缓冲区来接收fork之后的一些请求。

④ 子进程整理完毕之后，会通知父进程，父进程把新缓冲区中的内容加入到新AOF文件之中，就可以用新的文件来代替旧的AOF文件。

当在重写过程中，发现Redis正在备份。那么此时，AOF重写就会停止，等待RDB快照完成，再继续进行重写的操作。

混合持久化

对于RDB来说，是没法做到实时备份，存在数据丢失的风险；对于AOF来说，是使用文本的格式来写入数据，导致后续加载文件的成本较高。

由于RBD和AOF各有优缺点，因此就又有了混合持久化的方式。正所谓，小孩子才做选择，大人全都要。简单来说，混合持久化就是对于每一个操作，都会使用AOF的方式来写入文件；当执行重写操作时，就会把当前内存的状态按照RDB的格式写入到新的AOF文件中。这样，即可以保证所有数据的及时更新，又可以在读取文件时采用较小的成本。