文章目录
- Redis
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- 一、持久化(RDB、AOF)
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- 1、RDB
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- 触发机制(手动触发(save(阻塞,废弃了)、bgsave)、自动触发)
- 流程说明
- RDB文件处理
- RDB文件的优缺点
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- 优点(加载速度快)
- 缺点(不能实时持久化,因为要fork子线程):
- 2、AOF(文件格式,RDB是二进制,解决了数据持久化的实时性)
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- 二、 复制
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- 1、建立复制(slaveof)
- 2、断开复制(slaveof no one)
- 3、slaveof切主操作
- 4、复制的传输延时
- 5、拓扑
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- 1、一主一丛结构
- 2、一主多从(利用多个从节点实现读写分离)
- 3、树状主从结构(解决了一主多从的带宽问题)
- 6、复制原理
- 7、数据同步
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- 8、心跳
- 9、异步复制
Redis
一、持久化(RDB、AOF)
Redis支持RDB和AOF两种持久化机制,持久化功能有效地避免因进程退出造成的数据丢失问题,当下次重启时利用之前持久化的文件即可实现数据恢复。
1、RDB
RDB持久化是把进程数据生成快照保存到硬盘中,触发RDB持久化过程分为手动触发和自动触发。
触发机制(手动触发(save(阻塞,废弃了)、bgsave)、自动触发)
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1、手动触发
手动触发分别对应save和bgsave命令
save命令:
阻塞当前Redis服务器,直到RDB过程完成为止,对于内存比较大的实例会造成长时间阻塞,线上环境不建议使用。
bgsave命令:
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。
显然bgsave命令是针对save阻塞问题做的优化。因此Redis内部所有的涉及RDB的操作都采用bgsave的方式,而save命令已经废弃。
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2、自动触发
1)使用save相关配置,如“save m n”。表示m秒内数据集存在n次修改时,自动触发bgsave。
2)如果从节点执行全量复制操作,主节点自动执行bgsave生成RDB文件并发送给从节点
3)执行debug reload命令重新加载Redis时,也会自动触发save操作。
4)默认情况下执行shutdown命令时,如果没有开启AOF持久化功能则自动执行bgsave。
流程说明
- 1)执行bgsave命令,Redis父进程判断当前是否存在正在执行的子进程,如RDB/AOF子进程,如果存在bgsave命令直接返回。
- 2)父进程执行fork操作创建子进程,fork操作过程中父进程会阻塞,通过info stats命令查看latest_fork_usec选项,
可以获取最近一个fork操作的耗时,单位为微秒。
- 3)父进程fork完成后,bgsave命令返回“Background saving started”信息并不再阻塞父进程,可以继续响应其他命令。
- 4)子进程创建RDB文件,根据父进程内存生成临时快照文件,完成后对原有文件进行原子替换。执行lastsave命令可以获取最后一次生成RDB的
时间,对应info统计的rdb_last_save_time选项。
- 5)进程发送信号给父进程表示完成,父进程更新统计信息,具体见info Persistence下的rdb_*相关选项。
RDB文件处理
保存:
RDB文件保存在dir配置指定的目录下,文件名通过dbfilename配置指定。可以通过执行config set dir{newDir}和config set dbfilename{newFileName}
运行期动态执行,当下次运行时RDB文件会保存到新目录。
当遇到坏盘或磁盘写满等情况时,可以通过config set dir{newDir}在线修改文件路径到可用的磁盘路径,之后执行bgsave进行磁盘切换,同样适用 于AOF持久化文件。
压缩:
Redis默认采用LZF算法对生成的RDB文件做压缩处理,压缩后的文件远远小于内存大小,默认开启,可以通过参数config set rdbcompression{yes|no}动态修改。
运维提示
虽然压缩RDB会消耗CPU,但可大幅降低文件的体积,方便保存到硬盘或通过网络发送给从节点,因此线上建议开启。
RDB文件的优缺点
优点(加载速度快)
RDB是一个紧凑压缩的二进制文件,代表Redis在某个时间点上的数据快照。非常适用于备份,全量复制等场景。比如每6小时执行bgsave备份,并把RDB文件拷贝到远程机器或者文件系统中(如hdfs),用于灾难恢复。
Redis加载RDB恢复数据远远快于AOF的方式。
缺点(不能实时持久化,因为要fork子线程):
- 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,频繁执行成本过高。
- 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。
针对RDB不适合实时持久化的问题,Redis提供了AOF持久化方法。
2、AOF(文件格式,RDB是二进制,解决了数据持久化的实时性)
AOF(append only file)持久化:以独立日志的方式记录每次写命令,重启时再重新执行AOF文件中的命令达到恢复数据的目的。AOF的主要作用是解决了数据持久化的实时性,目前已经是Redis持久化的主流方式。
1、使用AOF
开启AOF功能需要设置配置:appendonly yes,默认不开启。AOF文件名通过appendfilename配置设置,默认文件名是appendonly.aof。
保存路径同RDB持久化方式一致,通过dir配置指定。
AOF的工作流程操作:
- 命令写入 (append)
- 文件同步(sync)
- 文件重写(rewrite)
- 重启加载 (load)
- 1)所有的写入命令会追加到aof_buf(缓冲区)中。
- 2)AOF缓冲区根据对应的策略向硬盘做同步操作。
- 3)随着AOF文件越来越大,需要定期对AOF文件进行重写,达到压缩的目的。
- 4)当Redis服务器重启时,可以加载AOF文件进行数据恢复。
2、执行流程
命令写入
AOF命令写入的内容直接是文本协议格式。例如set hello world这条命令,在AOF缓冲区会追加如下文本:
*3\r\n$3\r\nset\r\n$5\r\nhello\r\n$5\r\nworld\r\n
Redis协议格式具体说明见4.1客户端协议小节,这里不再赘述,下面介绍关于AOF的两个疑惑:
- 1、AOF为什么直接采用文本协议格式?可能的理由如下:
文本协议具有很好的兼容性。
开启AOF后,所有写入命令都包含追加操作,直接采用协议格式,避免了二次处理开销。
文本协议具有可读性,方便直接修改和处理。
- 2、AOF为什么把命令追加到aof_buf中?
Redis使用单线程响应命令,如果每次写AOF文件命令都直接追加到硬盘,那么性能完全取决于当前硬盘负载。
先写入缓冲区aof_buf中,还有另一个好处,Redis可以提供多种缓冲区同步硬盘的策略,在性能和安全性方面做出平衡。
文件同步
Redis提供了多种AOF缓冲区同步文件策略,由参数appendfsync控制,不同值的含义如表5-1所示。
系统调用write和fsync说明:
- 1、write操作会触发延迟写(delayed write)机制。Linux在内核提供页缓冲区用来提高硬盘IO性能。write操作在写入系统缓冲区后直接返回。同步硬盘操作依赖于系统调度机制,例如:缓冲区页空间写满或达到特定时间周期。同步文件之前,如果此时系统故障宕机,缓冲区内数据将丢失。
- 2、fsync针对单个文件操作(比如AOF文件),做强制硬盘同步,fsync将阻塞直到写入硬盘完成后返回,保证了数据持久化。
- 3、配置为always时,每次写入都要同步AOF文件,在一般的SATA硬盘上,Redis只能支持大约几百TPS写入,显然跟Redis高性能特性背道而驰, 不建议配置。
- 4、配置为no,由于操作系统每次同步AOF文件的周期不可控,而且会加大每次同步硬盘的数据量,虽然提升了性能,但数据安全性
无法保证。
- 5、·配置为everysec,是建议的同步策略,也是默认配置,做到兼顾性能和数据安全性。理论上只有在系统突然宕机的情况下丢失
1秒的数据。(严格来说最多丢失1秒数据是不准确的,5.3节会做具体介绍到。)
重写机制
随着命令不断写入AOF,文件会越来越大,为了解决这个问题,Redis引入AOF重写机制压缩文件体积。AOF文件重写是把Redis进程内的数据转化为写命令同步到新AOF文件的过程。
重写后的AOF文件为什么可以变小?
有如下原因:
- 1、进程内已经超时的数据不再写入文件。
- 2、旧的AOF文件含有无效命令,如del key1、hdel key2、srem keys、set a111、set a222等。重写使用进程内数据直接生成,这样新的AOF文件只保留最终数据的写入命令。
- 3、多条写命令可以合并为一个,如:lpush list a、lpush list b、lpush list c可以转化为:lpush list a b c。为了防止单条命令过大造成客户端缓冲区溢出,对于list、set、hash、zset等类型操作,以64个元素为界拆分为多条。
AOF重写降低了文件占用空间,除此之外,另一个目的是:更小的AOF文件可以更快地被Redis加载。
AOF重写过程可以手动触发和自动触发:
·手动触发:直接调用bgrewriteaof命令。
·自动触发: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:表示运行AOF重写时文件最小体积,默认为64MB。
·auto-aof-rewrite-percentage:代表当前AOF文件空间(aof_current_size)和上一次重写后AOF文件空间(aof_base_size)的比值。
重启加载
3、文件校验
加载损坏的AOF文件时会拒绝启动。
对于错误格式的AOF文件,先进行备份,然后采用redis-check-aof–fix命令进行修复,修复后使用diff-u对比数据的差异,找出丢失的数据,有些可以人工修改补全。
AOF文件可能存在结尾不完整的情况,比如机器突然掉电导致AOF尾部文件命令写入不全。Redis为我们提供了aof-load-truncated配置来兼容这种情况,默认开启。加载AOF时,当遇到此问题时会忽略并继续启动。
二、 复制
replication 英[ˌreplɪ’keɪʃ(ə)n]
1、建立复制(slaveof)
参与复制的Redis实例划分为主节点(master)和从节点(slave)。默认情况下,Redis都是主节点。每个从节点只能有一个主节点,而主节点可以 同时具有多个从节点。
配置方式:
- 1、在配置文件中加入slaveof{masterHost}{masterPort}随Redis启动生效。
- 2、在redis-server启动命令后加入–slaveof{masterHost}{masterPort}生效。
- 3、直接使用命令:slaveof{masterHost}{masterPort}生效。
slaveof本身是异步命令,执行slaveof命令时,节点只保存主节点信息后返回,后续复制流程在节点内部异步执行。
主从节点复制成功建立后,可以使用info replication命令查看复制相关状态。
replication 英[ˌreplɪ’keɪʃ(ə)n] 复制
复制的数据流是单向的,只能由主节点复制到从节点。
slaveof是异步命令
2、断开复制(slaveof no one)
slaveof命令不但可以建立复制,还可以在从节点执行slaveof no one来断开与主节点复制关系。
断开复制主要流程:
- 1、断开与主节点复制关系。
- 2、从节点晋升为主节点。
从节点断开复制后并不会抛弃原有数据,只是无法再获取主节点上的数据变化。
3、slaveof切主操作
通过slaveof命令还可以实现切主操作,所谓切主是指把当前从节点对主节点的复制切换到另一个主节点。执行slaveof{newMasterIp}
{newMasterPort}命令即可,例如把6380节点从原来的复制6379节点变为复制6381节点,
切主操作流程如下:
- 1、断开与旧主节点复制关系。
- 2、与新主节点建立复制关系。
- 3、删除从节点当前所有数据。
- 4、对新主节点进行复制操作。
默认情况下,从节点使用slave-read-only=yes配置为只读模式。由于复制只能从主节点到从节点,对于从节点的任何修改主节点都无法感知,修改从节点会造成主从数据不一致。因此建议线上不要修改从节点的只读模式。
4、复制的传输延时
主从节点一般部署在不同机器上,复制时的网络延迟就成为需要考虑的问题,Redis为我们提供了repl-disable-tcp-nodelay参数用于控制是否关闭TCP_NODELAY,默认关闭,说明如下:
- 1、当关闭时,主节点产生的命令数据无论大小都会及时地发送给从节点,这样主从之间延迟会变小,但增加了网络带宽的消耗。适用于主从之间的网络环境良好的场景,如同机架或同机房部署。
- 2、当开启时,主节点会合并较小的TCP数据包从而节省带宽。默认发送时间间隔取决于Linux的内核,一般默认为40毫秒。这种配置节省了带宽但增大主从之间的延迟。适用于主从网络环境复杂或带宽紧张的场景,如跨机 房部署
5、拓扑
Redis的复制拓扑结构可以支持单层或多层复制关系,根据拓扑复杂性可以分为以下三种:一主一从、一主多从、树状主从结构,下面分别介绍
1、一主一丛结构
并发量高时,在从节点开启AOF,主节点不开启,但是主节点关机数据全部丢失(因为主节点没开启AOF),不能开机,开机前要slaveof no one,不然从节点数据也全部丢失。
当应用写命令并发量较高且需要持久化时,可以只在从节点上开启AOF,这样既保证数据安全性同时也避免了持久化对主节点的性能干扰。但需要
注意的是,当主节点关闭持久化功能时,如果主节点脱机要避免自动重启操作。因为主节点之前没有开启持久化功能自动重启后数据集为空,这
时从节点如果继续复制主节点会导致从节点数据 也被清空的情况,丧失了持久化的意义。安全的做法是在从节点上执行 slaveof no one断开与主节点的复制关系,再重启主节点从而避免这一问题。
2、一主多从(利用多个从节点实现读写分离)
一主多从结构(又称为星形拓扑结构)使得应用端可以利用多个从节点实现读写分离(见图6-5)。对于读占比较大的场景,可以把读命令发送到从节点来分担主节点压力。同时在日常开发中如果需要执行一些比较耗时的读命令,如:keys、sort等,可以在其中一台从节点上执行,防止慢查询对主节点造成阻塞从而影响线上服务的稳定性。对于写并发量较高的场景,多个从节点会导致主节点写命令的多次发送从而过度消耗网络带宽,同时也加重了主节点的负载影响服务稳定性。为了解决这个问题,有了下面的树状主从。
总结:
读占比比较大的时候,可以把读命令发送到从节点来分担主节点压力。
3、树状主从结构(解决了一主多从的带宽问题)
树状主从结构(又称为树状拓扑结构)使得从节点不但可以复制主节点数据,同时可以作为其他从节点的主节点继续向下层复制。通过引入复制中间层,可以有效降低主节点负载和需要传送给从节点的数据量。如图6-6所示,数据写入节点A后会同步到B和C节点,B节点再把数据同步到D和E节 点,数据实现了一层一层的向下复制。当主节点需要挂载多个从节点时为了避免对主节点的性能干扰,可以采用树状主从结构降低主节点压力。
6、复制原理
复制过程大致分为6个过程:
- 1、保存主节点(master)信息
执行slaveof后从节点只保存主节点的地址信息便直接返回,这时建立复制流程还没有开始,在从节点6380执行info replication可以看到如下信息:
master_host:127.0.0.1
master_port:6379
master_link_status:down
从统计信息可以看出,主节点的ip和port被保存下来,但是主节点的连接状态(master_link_status)是下线状态。
- 2、从节点(slave)内部通过每秒运行的定时任务维护复制相关逻辑,当定时任务发现存在新的主节点后,会尝试与该节点建立网络连接。从节点会建立一个socket套接字,例如图6-8中从节点建立了一个端口为24555的套接字,专门用于接受主节点发送的复制命令。从节点连接成功后 打印如下日志:
Connecting to MASTER 127.0.0.1:6379
MASTER <-> SLAVE sync started
如果从节点无法建立链接,定时任务会无限重试直到连接成功或者执行slaveof no one取消复制。
- 3、发送ping命令
连接建立成功后从节点发送ping请求进行首次通信,ping请求主要目的如下:
检测主从之间网络套接字是否可用。
检测主节点当前是否可接受处理命令。
- 4、权限验证
如果主节点设置了requirepass参数,则需要密码验证,从节点必须配置masterauth参数保证与主节点相同的密码才能通过验证;
如 果验证失败复制将终止,从节点重新发起复制流程。
- 5、同步数据集。
主从复制连接正常通信后,对于首次建立复制的场景,主节点会把持有的数据全部发送给从节点,这部分操作是耗时最长的步 骤。Redis在2.8版本以后采用新复制命令psync进行数据同步,原来的sync命 令依然支持,保证新旧版本的兼容性。新版
同步划分两种情况:全量同步和 部分同步
- 6、命令持续复制。
当主节点把当前的数据同步给从节点后,便完成了复制的建立流程。接下来主节点会持续地把写命令发送给从节点,保证主从数据一致性
7、数据同步
全量复制
全量复制:一般用于初次复制场景,Redis早期支持的复制功能只有全量复制,它会把主节点全部数据一次性发送给从节点,当数据量较大时,会对主从节点和网络造成很大的开销。
部分复制
部分复制:用于处理在主从复制中因网络闪断等原因造成的数据丢失场景,当从节点再次连上主节点后,如果条件允许,主节点会补发丢失数据 给从节点。因为补发的数据远远小于全量数据,可以有效避免全量复制的过高开销
8、心跳
主从节点在建立复制后,它们之间维护着长连接并彼此发送心跳命令。
主从心跳判断机制:
- 1、主从节点彼此都有心跳检测机制,各自模拟成对方的客户端进行通信,通过client list命令查看复制相关客户端信息,主节点的连接状态为flags=M,从节点连接状态为flags=S。
- 2、主节点默认每隔10秒对从节点发送ping命令,判断从节点的存活性和连接状态。可通过参数repl-ping-slave-period控制发送频率。
- 3、从节点在主线程中每隔1秒发送replconf ack{offset}命令,给主节点上报自身当前的复制偏移量。replconf命令主要作用如下:
1、实时监测主从节点网络状态。
2、实现保证从节点的数量和延迟性功能,通过min-slaves-to-write、min-slaves-max-lag参数配置定义
9、异步复制
主节点不但负责数据读写,还负责把写命令同步给从节点。写命令的发送过程是异步完成,也就是说主节点自身处理完写命令后直接返回给客户端,并不等待从节点复制完成,所以是异步的。
- 同步:
所谓同步,就是在发出一个功能调用时,在没有得到结果之前,该调用就不返回。也就是必须一件一件事做,等前一件做完了才能做下一件事。
例如普通B/S模式(同步):提交请求->等待服务器处理->处理完毕返回 这个期间客户端浏览器不能干任何事
- 异步:
异步的概念和同步相对。当一个异步过程调用发出后,调用者不能立刻得到结果。实际处理这个调用的部件在完成后,通过状态、通知和回调来通知调用者.
例如 ajax请求(异步):
请求通过事件触发->服务器处理(这是浏览器仍然可以作其他事情)->处理完毕
主节点复制流程:
1)主节点6379接收处理命令。
2)命令处理完之后返回响应结果。
3)对于修改命令异步发送给6380从节点,从节点在主线程中执行复制的命令。
由于主从复制过程是异步的,就会造成从节点的数据相对主节点存在延迟。具体延迟多少字节,我们可以在主节点执行info replication命令查看相关指标获得。