redis持久化详解

1.持久化简介

• 为什么要持久化
  redis的数据是保存在内存中，而不是磁盘中的，一旦意外断电，里面的数据就会丢失！
  

• 什么是持久化
  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。

• 深化为什么要持久化
  防止数据的意外丢失，确保数据安全性。

• 持久化过程保存什么

  • 将当前的数据进行保存，快照形式，存储数据结果，存储格式简单，关注点在数据

  • 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。
    

2.什么是RDB

1.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

2.RDB启动方式—save指令

• 命令

save

• 作用
  手动执行一次保存操作
• 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：设置存储至本地数据库时是否压缩数据，默认为 yes，采用 LZF 压缩
  经验：通常默认为开启状态，如果设置为no，可以节省 CPU 运行时间，但会使存储的文件变大（巨大）
• rdbchecksum yes
  说明：设置是否进行RDB文件格式校验，该校验过程在写文件和读文件过程均进行
  经验：通常默认为开启状态，如果设置为no，可以节约读写性过程约10%时间消耗，但是存储一定的数据损坏风险
  
  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，有可能会造成长时间阻塞，线上环境不建议使用

那么数据量过大，单线程执行方式造成效率过低如何处理？

3.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

注意： bgsave命令是针对save阻塞问题做的优化。Redis内部所有涉及到RDB操作都采用bgsave的方式，save命令可以放弃使用

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

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？

4.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

• 作用
  满足限定时间范围内key的变化数量达到指定数量即进行持久化。
• 参数
  second：监控时间范围
  changes：监控key的变化量
• 位置
  在conf文件中进行配置
• 范例
  save 900 1：表示900 秒内如果至少有 1 个 key 的值变化，则保存
  save 300 10：表示300 秒内如果至少有 10 个 key 的值变化，则保存
  save 60 10000：表示60 秒内如果至少有 10000 个 key 的值变化，则保存

注意： save配置要根据实际业务情况进行设置，频度过高或过低都会出现性能问题，结果可能是灾难性的
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操作

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

5.RDB三种启动方式的对比

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	是	是
启动新进程	否	是

6.RDB特殊启动形式

• 全量复制
  在主从复制中详细讲解
• 服务器运行过程中重启

bebug reload

• 关闭服务器时指定保存数据

shutdown save

默认情况下执行shutdown命令时，自动执行
bgsave(如果没有开启AOF持久化功能)

7.RDB优点

RDB是一个紧凑压缩的二进制文件，存储效率较高

• RDB内部存储的是redis在某个时间点的数据快照，非常适合用于数据备份，全量复制等场景
• RDB恢复数据的速度要比AOF快很多
• 应用：服务器中每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。

8.RDB缺点

• 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
• bgsave指令每次运行要执行fork操作创建子进程，要牺牲掉一些性能
• Redis的众多版本中未进行RDB文件格式的版本统一，有可能出现各版本服务之间数据格式无法兼容现象

RDB存储的弊端
存储数据量较大，效率较低
基于快照思想，每次读写都是全部数据，当数据量巨大时，效率非常低

• 大数据量下的IO性能较低
• 基于fork创建子进程，内存产生额外消耗
• 宕机带来的数据丢失风险

解决思路

• 不写全数据，仅记录部分数据
• 降低区分数据是否改变的难度，改记录数据为记录操作过程
• 对所有操作均进行记录，排除丢失数据的风险

3.什么是AOF

1.AOF概念

• AOP（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文件中命令达到恢复数据的目的，与RDB相比可以简单描述为改记录数据为记录数据产生的过程
• 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

2.AOF写数据过程

3.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）
  每秒将缓冲区中的指令同步到AOF文件中，数据准确性较高，性能较高
  在系统突然宕机的情况下丢失1秒内的数据
• 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

4.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

5.AOF相关配置

• 配置

appendfilename filename

• 作用
  AOF持久化文件名，默认位文件名末appendonly.aof，默认配置为appendonly-段口号.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

6.AOF写数据遇到的问题

上面已经提到，aof就是将数据写一遍的过程，但是如果多次保存一个数据，会导致数据要被写多次，但是其实只有之后一次写的才是我们所需要的的，那么如何解决呢？

7.AOF重写

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引入了AOF重写机制压缩文件体积。AOF文件重
写是将Redis进程内的数据转化为写命令同步到新AOF文件的过程。简单说就是将对同一个数据的若干个条命令执行结
果转化成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
• 降低数据恢复用时，提高数据恢复效率

AOF重写规则

• 进程内已超时的数据不再写入文件
• 忽略无效指令，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
  如del key1、 hdel key2、srem key3、set key4 111、set key4 222等
• 对同一数据的多条写命令合并为一条命令
  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
  AOF重写方式
• 手动重写

bgrewriteaof

• 自动重写

auto-aof-rewrite-min-size size
auto-aof-rewrite-percentage percentage

AOF自动重写方式

• 自动重写触发条件设置

auto-aof-rewrite-min-size size
auto-aof-rewrite-percentage percent

• 自动重写触发比对参数（ 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
  

8.AOF工作流程

9.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。
除了write、fsync、Linx还提供了sync、fdatasync操作，具体API说明参见

4.RDB和AOF的区别

1.RDB VS AOF

持久化方式	RDB	AOF
占用存储空间	小（数量级：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

2.RDB与AOF的选择之惑

• 对数据非常敏感，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文件存储体积较大，且恢复速度较慢
• 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降的很低，慎重总结：
• 综合比对
  • 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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5.持久化应用场景