中间件_Redis_05_Redis的持久化

Redis持久化

1、持久化简介

1. 何为持久化？

利用永久性存储介质将数据进行保存，在特定的时间将保存的数据进行恢复的工作机制称为持久化。

2. 为何要进行持久化？

防止数据的意外丢失，确保数据安全性。

3. 持久化的过程保存什么？

• 将当前数据状态进行保存，快照形式，存储数据结果，存储格式简单，关注点在数据；

  # 数据（快照）
  # RDB
  10011001110000001
  00101001011010110
  10110011001110000
  00100101001011011
  

• 将数据的操作过程进行保存，日志形式，存储操作过程，存储格式复杂，关注点在数据的操作过程。

  # 过程（日志）
  # AOF
  删除第3行
  第4行末位添加字符x
  删除第2到第4行
  复制第3行粘贴到第5行
  

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2、RDB

2.1、save指令

RDB启动方式：谁，什么时间，干什么事情

命令执行：

• 谁：redis操作者（用户）
• 什么时间：即时（随时进行）
• 干什么事情：保存数据

命令：save

作用：手动执行一次保存操作

save指令相关配置：

• dbfilename dump.rdb
  说明：设置本地数据库文件名，默认值为dump.rdb
  经验：通常设置为dump-端口号.rdb
• dir
  说明：设置存储.rdb文件的路径
  经验：通常设置成存储空间较大的目录中，目录名称data
• rdbcompression yes
  说明：设置存储本地数据库时是否压缩数据，默认为yes，采用LZF压缩
  经验：默认为开启状态，若设置为no，可以节省CPU运行时间，但存储的文件会变大
• rdbchecksum yes
  说明：设置是否进行RDB文件格式校验，该校验在读写文件过程均进行
  经验：默认为开启状态，若设置为no，可以节约读写性能约10%，但是存在一定的数据损坏风险

save指令工作原理：

注意：save指令的执行会阻塞当前Redis服务器，直到当前RDB过程完成为止，有可能造成长时间阻塞，不建议在线上环境使用。

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2.2、bgsave指令

RDB启动方式：数据量过大，单线程执行方式造成效率过低如何处理？

后台执行：

• 谁：redis操作者（用户）发起指令；redis服务器控制指令执行
• 什么时间：即时（发起）；合理的时间（执行）
• 干什么事情：保存数据

命令：bgsave

作用：手动启动后台保存操作，但不是立即执行

bgsave指令相关配置：

• dbfilename dump.rdb
• dir
• rdbcompression yes
• rdbchecksum yes
• stop-write-on-bgsave-error yes
  说明：后台存储过程中如果出现错误现象时是否停止保存操作
  经验：默认为开启状态

bgsave指令工作原理：

注意：bgsave命令是针对save阻塞问题做的优化，并且Redis内部所有涉及到RDB的操作都采用bgsave的方式。

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2.3、save配置

RDB启动方式：反复执行保存指令，忘记了怎么办？不知道数据产生了多少变化，何时保存？

自动执行：

• 谁：Redis服务器发起指令（基于条件）
• 什么时间：满足条件
• 干什么事情：保存数据

配置：save second changes

参数：

• second：监控的时间范围
• changes：监控的key变化量

作用：在限定的监控时间范围内，key的变化数量达到指定数量即进行持久化

# 例子
save 900 1		# 900s内，变化1个key即进行持久化
save 300 10		# 300s内，变化10个key即进行持久化
save 60 10000	# 60s内，变化10000个即进行持久化

save配置的相关配置:

• dbfilename dump.rdb
• dir
• rdbcompression yes
• rdbchecksum yes

save配置原理：

注意：

• save配置要根据实际业务情况进行设置，频率过高过低都会出现性能问题
• save配置中对于second与changes设置通常具有互补对应关系，尽量不要设置成包含性关系
• save配置启动后执行的是bgsave指令

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2.4、RDB三种启动方式对比

因为save配置启动后执行的也是bgsave指令，所以此处对比save指令和bgsave指令即可。

方式	save指令	bgsave指令
读写	同步	异步
阻塞客户端指令	是	否
额外内存消耗	否	是
启动新进程	否	是

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2.5、RDB特殊启动方式

RDB特殊的启动方式：

• 全量复制
• 服务器运行过程中重启：debug reload
• 关闭服务器时指定保存数据：shutdown save

注意：默认情况下执行shutdown命令时，自动执行bgsave（没有开启AOF初九话功能）

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2.6、RDB的优缺点

优点：

1. RDB是一个紧凑压缩的二进制文件，存储效率较高

2. RDB内部存储的是Redis在某个时间点的数据快照

   非常适用于数据备份，全量复制等场景

3. RDB恢复数据的速度比AOF快很多

4. 应用：服务器中没x小时执行bgsave备份，并将RDB文件拷贝到远程机器中，用于灾难恢复

缺点：

1. RDB方式无论是执行指令还是利用配置，无法做到实时持久化，具有较大的可能性丢失数据
2. bgsave指令每次运行要执行fork操作来创建子进程，会影响性能
3. Redis的众多版本中未进行RDB文件格式的版本统一，可能出现不同版本之间数据格式无法兼容现象

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3、AOF

3.1、RDB存储的弊端

RDB存储的弊端:

1. 存储数据量较大，效率较低
2. 基于快照思想，每次读写都是全部数据，效率非常低
3. 大数据量下的IO性能较低
4. 基于fork创建子进程，内存产生额外消耗
5. 宕机带来的数据丢失风险

解决思路：

1. 不写全数据，仅记录部分数据
2. 降低取分数据是否改变的难度，改记录操作过程
3. 对所操作均进行记录，排除数据丢失的风险

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3.2、AOF的概念

AOF（append only file）持久化，以独立日志的方式记录每次写命令，重启时在重新执行AOF文件中命令以达到恢复数据的目的。

与RDB相比，AOF可以简单描述为AOF记录数据为“记录数据产生的过程”。

AOF的主要作用是解决数据持久化的实时性，目前已经是Redis持久化的主流方式。

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3.3、AOF写数据过程

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3.4、AOF写数据三种策略（appendfsync）

• always（每次）

  每次写入操作均同步到AOF文件中，数据零误差，性能较低

• everysec（每秒）——默认配置

  每秒将缓冲区中的指令同步到AOF文件中，数据准确性高，性能较高

• no（系统控制）

  由操作系统控制每次同步到AOF文件的周期，整体过程不可控

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3.5、AOF功能开启

# 配置
appendonly yes|no 

# 作用
是否开启AOF持久化功能，默认为不开启状态


# 配置
appendfsync always|everysec|no

# 作用
AOF写数据策略

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3.6、AOF相关配置

# 配置
appendfilename filename

# 作用
AOF持久化文件名，默认文件名为"appendonly.aof"
建议配置为"appendonly-端口号.aof"


# 配置
dir

# 作用
AOF持久化文件保存路径，与RDB持久化文件保持一致即可

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3.7、AOF写数据时遇到的问题

如果连续执行如下指令该如何处理？

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3.8、AOF重写

随着命令不断写入AOF，文件会越来越大。Redis引入AOF重写机制压缩文件体积，来解决这个问题。

AOF重写：将Redis进程内的数据转化为写命令同步到AOF文件的过程。

简单地理解：将同一个数据的若干条命令执行结果转化为最终结果数据对应的指令进行记录。

AOF重写作用：

• 降低磁盘占用量，提高磁盘利用率
• 提高持久化效率，降低持久化写时间，提高IO性能
• 降低数据恢复的时间，提高数据恢复效率

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3.9、AOF重写规则

1. 进程内超时的数据不再写入文件

2. 忽略无效指令（例如get等），重写时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. 对同一数据的多条写命令合并为一条写命令

   如，lpush list1 a、lpush list1 b、 lpush list1 c，可以转化为：lpush list1 a b c。

   为防止数据量过大造成客户端缓冲区溢出，对list、set、hash、zset等类型，每条指令最多写入64个元素。

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3.10、AOF重写方式

2种方式：

• 手动重写

  bgrewriteaof

• 自动重写

  auto-aof-rewrite-min-size size

  auto-aof-rewrite-percentage percentage

3.10.1、手动重写

AOF手动重写——bgrewriteaof指令工作原理

3.10.2、自动重写

# 自动重写触发条件设置
auto-aof-rewrite-min-size size
auto-aof-rewrite-percentage percent

# 自动重写触发对比参数（运行指令info Persistence获取具体信息）
aof_current_size
aof_base_size

# 自动重写触发条件
aof_current_size > auto-aof-rewrite-min-size
(aof_current_size-aof_base_size)/aof_base_size >= auto-aof-rewrite-percentage

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3.11、AOF工作流程

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3.12、AOF重写流程

AOF缓冲区同步文件策略，由参数appendfsync控制

系统调用write和fsync说明：

• 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，列如：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。
• fsync针对单个文件操作（比如AOF文件），做强制硬盘同步，fsync将阻塞知道写入硬盘完成后返回，保证了数据持久化。

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4、RDB与AOF区别

4.1、RDB vs AOF

持久化方式	RDB	AOF
占用存储空间	小（数据级：压缩）	大（指令级：重写）
存储速度	慢	快
恢复速度	快	慢
数据安全性	会丢失数据	依据策略决定
资源消耗	高/重量级	低/轻量级
启动优先级	低	高

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4.2、RDB与AOF的选择

1. 对数据非常敏感的，建议使用默认的AOF持久化方案

   • AOF持久化策略使用everysecond，每秒钟fsync一次。

     该策略redis仍可以保持很好的处理性能，当出现问题时，最多丢失0-1秒内的数据。

   • 注意：由于AOF文件存储体积大，恢复速度较慢

2. 数据呈现阶段有效性，建议使用RDB持久化方案

   • 数据可以良好的做到阶段内无丢失（该阶段是开发者或运维人员手工维护的），且恢复速度较快，阶段点数据恢复通常采用RDB方案
   • 注意：利用RDB实现紧凑的数据持久化会使Redis性能降得很低

3. 综合对比

   • RDB与AOF的选择实际上是在做一种权衡，每种都有利有弊

   • 如不能承受数分钟以内的数据丢失，对业务数据非常敏感，选用AOF

   • 如能承受数分钟以内的数据丢失，且追求大数据集的恢复速度，选用RDB

   • 灾难恢复选用RDB

   • 双保险策略，同时开启 RDB 和 AOF

     重启后，Redis优先使用 AOF 来恢复数据，降低丢失数据的量

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