【大厂面试06期】谈一谈你对Redis持久化的理解？
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摘要
Redis持久化是面试中经常会问到的问题，这里主要通过对以下几个问题进行分析，帮助大家了解Redis持久化的实现原理。
1.Redis持久化是什么？
2.Redis持久化有哪些策略？各自的实现原理是怎么样的？
3.Redis的数据恢复策略是怎么样的？
4.Redis持久化策略该如何进行选择？
1.Redis持久化是什么？
因为Redis是一个内存数据库，数据保存在内存中，一旦发生关机或者重启，内存中的数据都会丢失，所以为了能够重启时恢复数据，Redis提供了持久化的机制，正常运行期间根据策略生成持久化文件。在机器重启后，可以根据根据持久化文件恢复内存中的数据。Redis还为我们提供了持久化的机制。（虽然有主从同步，主机挂掉之后，可以让从节点成为主节点，但是如果整个机房都发生停电，那么主节点和从节点内存中的数据都会丢失，所以这也是持久化存在的意义。）
2.Redis持久化有哪些策略？
Redis持久化的策略主要有AOF持久化，RDB持久化，混合持久化。这是我自己总结的一个图：
AOF持久化
执行流程
AOF持久化主要是Redis在修改相关的命令后，将命令添加到aof_buf缓存区的末尾，然后在每次事件循环结束时，
根据appendfsync的配置：
-
appendfsync = always 每条修改命令都会更新到磁盘上的AOF文件, 最多只会丢失当前正在写入的命令
-
appendfsync = everysec 每秒更新到磁盘上的AOF文件一次, 最多丢失2秒的数据（因为执行fsync命令刷盘也需要时间，下面会解释）
-
appendfsync = no 不自动更新到磁盘上的AOF文件，由操作系统来决定何时刷盘(linux 貌似大部分默认是 30s)。可能会丢失刷盘之前的写入数据。
（基于性能考虑一般生产环境的配置都是everysec）
（aof_buf是Redis中的SDS结构，可以理解为是一个字符串，只是对C语言的字符串做了一些优化，每次将新执行的更新命令添加到字符串末尾。）
怎么防止AOF文件越来越大？
为了防止AOF文件越来越大，可以通过执行BGREWRITEAOF命令，会fork子进程出来，读取当前数据库的键值对信息，生成所需的写命令，写入新的AOF文件。在生成期间，父进程继续正常处理请求，执行修改命令后，不仅会将命令写入aof_buf缓冲区，还会写入重写aof_buf缓冲区。当新的AOF文件生成完毕后，子进程父进程发送信号，父进程将重写aof_buf缓冲区的修改命令写入新的AOF文件，写入完毕后，对新的AOF文件进行改名，原子地（atomic）地替换旧的AOF文件。
什么是AOF文件追加阻塞？
修改命令添加到aof_buf之后，如果配置是everysec那么会每秒执行fsync操作，调用write写入磁盘一次，但是如果硬盘负载过高，fsync操作可能会超过1s，Redis主线程持续高速向aof_buf写入命令，硬盘的负载可能会越来越大，IO资源消耗更快，所以Redis的处理逻辑是会对比上次fsync成功的时间，如果超过2s，则主线程阻塞直到fsync同步完成，所以最多可能丢失2s的数据，而不是1s。
RDB持久化
RDB持久化指的是在满足一定的触发条件时（在一个的时间间隔内执行修改命令达到一定的数量，或者手动执行SAVE和BGSAVE命令），对这个时间点的数据库所有键值对信息生成一个压缩文件dump.rdb，然后将旧的删除，进行替换。
执行流程
实现原理是fork一个子进程，然后对键值对进行遍历，生成rdb文件，在生成过程中，父进程会继续处理客户端发送的请求，当父进程要对数据进行修改时，会对相关的内存页进行拷贝，修改的是拷贝后的数据。（也就是COPY ON WRITE，写时复制技术，就是当多个调用者同时请求同一个资源，如内存或磁盘上的数据存储，他们会共用同一个指向资源的指针，指向相同的资源，只有当一个调用者试图修改资源的内容时，系统才会真正复制一份专用副本给这个调用者，其他调用者还是使用最初的资源,在CopyOnWriteArrayList的实现中，也有用到，添加或者插入一个新元素时过程是，加锁，对原数组进行复制，然后添加新元素，然后替代旧数组，解锁）
//CopyOnWriteArrayList的添加元素的方法
public boolean add(E e) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
Object[] elements = getArray();
int len = elements.length;
Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
newElements[len] = e;
setArray(newElements);
return true;
} finally {
lock.unlock();
}
}
混合持久化（Redis4.0+）
执行流程
混合持久化同样也是通过bgrewriteaof命令完成的，不同的是当开启混合持久化时，fork出的子进程先将当前内存中的键值对信息全量的以RDB方式写入aof文件，然后在将重写缓冲区的增量命令以AOF方式写入到文件，写入完成后通知主进程更新统计信息，并将新的含有RDB格式和AOF格式的AOF文件替换旧的的AOF文件。简单的说：新的AOF文件前半段是RDB格式的全量数据后半段是AOF格式的增量数据，如下图：
3.Redis的数据恢复策略是怎么样的？
1.如果配置了混合持久化，那么根据混合持久化文件进行恢复数据。（Redis4.0+）
2.只配置 AOF ，重启时加载 AOF 文件恢复数据。
3.同时配置了 RDB 和 AOF ，启动时只加载 AOF文件恢复数据，如果AOF文件损坏，那么根据RDB文件恢复数据。
4.只配置 RDB，启动时加载RDB持久化文件恢复数据。
4.Redis持久化策略该如何进行选择？
（因为混合持久化是Redis 4.0之后支持的，目前一般生成环境使用的Redis版本可能都还较低，所以这里的策略选择主要是针对AOF持久和RDB持久化进行技术选型。）
以下是几种持久化方案选择的场景：
1.不需要考虑数据丢失的情况
那么不需要考虑持久化。
2.单机实例情况下
可以接受丢失十几分钟及更长时间的数据，可以选择RDB持久化，对性能影响小，如果只能接受秒级的数据丢失，只能选择AOF持久化。
3.在主从环境下
因为主服务器在执行修改命令后，会将命令发送给从服务器，从服务进行执行后，与主服务器保持数据同步，实现数据热备份，在master宕掉后继续提供服务。同时也可以进行读写分离，分担Redis的读请求。
那么在从服务器进行数据热备份的情况下，是否还需要持久化呢？
需要持久化，因为不进行持久化，主服务器，从服务器同时出现故障时，会导致数据丢失。（例如：机房全部机器断电）。如果系统中有自动拉起机制（即检测到服务停止后重启该服务）将master自动重启，由于没有持久化文件，那么master重启后数据是空的，slave同步数据也变成了空的。应尽量避免“自动拉起机制”和“不做持久化”同时出现。
所以一般可以采用以下方案：
主服务器不开启持久化，使得主服务器性能更好。
从服务器开启AOF持久化，关闭RDB持久化，并且定时对AOF文件进行备份，以及在凌晨执行bgaofrewrite命令来进行AOF文件重写，减小AOF文件大小。（当然如果对数据丢失容忍度高也可以开启RDB持久化，关闭AOF持久化）
4.异地灾备
一般性的故障（停电，关机）不会影响到磁盘，但是一些灾难性的故障（地震，洪水）会影响到磁盘，所以需要定时把单机上或从服务器上的AOF文件，RDB文件备份到其他地区的机房。
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