面试造飞机系列：面对Redis持久化连环Call，你还顶得住吗？

来自：非科班的科班

本文脑图

Redis是一个基于内存的非关系型的数据库，数据保存在内存中，但是内存中的数据也容易发生丢失。这里Redis就为我们提供了持久化的机制，分别是RDB(Redis DataBase)和AOF(Append Only File)。

Redis在以前的版本中是单线程的，而在6.0后对Redis的io模型做了优化，io Thread为多线程的，但是worker Thread仍然是单线程。

在Redis启动的时候就会去加载持久化的文件，如果没有就直接启动，在启动后的某一时刻会继续持久化内存中产生的数据。

接下来我们就来详细了解Redis的两种持久化机制RDB(Redis DataBase)和AOF(Append Only File)。

RDB持久化机制

什么是RDB持久化呢？RDB持久化就是将当前进程的数据以生成快照的形式持久化到磁盘中。对于快照的理解，我们可以理解为将当前线程的数据以拍照的形式保存下来。

RDB持久化的时候会单独fork一个与当前进程一摸一样的子进程来进行持久化，因此RDB持久化有如下特点：

开机恢复数据快。
写入持久化文件快。

RDB的持久化也是Redis默认的持久化机制，它会把内存中的数据以快照的形式写入默认文件名为dump.rdb中保存。

在安装后的Redis中，Redis的配置都在redis.conf文件中，如下图所示，dbfilename就是配置RDB的持久化文件名。

持久化触发时机

在RDB机制中触发内存中的数据进行持久化，有以下三种方式：

（1）save命令：

save命令不会fork子进程，通过阻塞当前Redis服务器，直到RDB完成为止，所以该命令在生产中一般不会使用。save命令执行原理图如下:

在redis.conf的配置中dir的配置就是RDB持久化后生成rdb二进制文件所在的位置，默认的位置是./，表示当前位置，哪里启动redis，就会在哪里生成持久化文件，如下图所示：

下面我们进行一下实操，演示一下二进制文件生成的过程，在我本机的电脑虚拟机中，我所在的位置如下，该文件夹是新创建的redis的数据存储文件夹。

然后我们直接在该位置启动我们的Redis服务，启动的命令如下：

/root/redis-4.0.6/src/redis-server /root/redis-4.0.6/redis.conf

接着通过该命令：ps -aux | grep redis，查看我们的redis服务是否正常启动，若是显示如下图所示，则表示Redis是正常启动的：

正常启动后，直接登陆Redis，可以通过以下命令登陆Redis，如下图所示：

因为当前中Redis是新安装的，数据都是为空，什么都没有，然后通过下图的命令随意向Redis中输入几条命令，最后执行save命令，在该文件夹下就会出现dump.rdb持久化的数据文件。

当然上面说到，在新安装的Redis中默认的RDB数据持久化位置为./文件，一般我们会把它改成服务器自己的特定位置下，原理都是一样的，可以自己进行尝试，这里不再进行演示。

（2）bgsave命令：

bgsave命令会在后台fork一个与Redis主线程一模一样的子线程，由子线程负责内存中的数据持久化。

这样fork与主线程一样的子线程消耗了内存，但是不会阻塞主线程处理客户端请求，是以空间换时间的方式快照内存中的数据到到文件中。

bgsave命令阻塞只会发生在fork子线程的时候，这段时间发生的非常短，可以忽略不计，如下图是 bgsave执行的流程图：

上面说到redis.conf中的dir配置是配置持久化文件生成的指定的目录，dbfilename是配置生成的文件名，也可以通过命令行使用命令来动态的设置这两个配置，命令如下：

config set dir{newDir}
config set dbfilename{newFileName}

（3）自动化

除了上面在命令行使用save和bgsave命令触发持久化，也可以在redis.conf配置文件中，完成配置，如下图所示：

在新安装的redis中由默认的以上三个save配置，save 900 1表示900秒内如果至少有1个key值变化，则进行持久化保存数据；

save 300 10则表示300秒内如果至少有10个key值发生变化，则进行持久化，save 60 10000以此类推。

通过以上的分析可以得出以下save和bgsave的对比区别：

save是同步持久化数据，而bgsave是异步持久化数据。
save不会fork子进程，通过主进程持久化数据，会阻塞处理客户端的请求，而bdsave会fork子进程持久化数据，同时还可以处理客户端请求，高效。
save不会消耗内存，而bgsave会消耗内存。

RDB的优缺点

缺点： RDB持久化后的文件是紧凑的二进制文件，适合于备份、全量复制、大规模数据恢复的场景，对数据完整性和一致性要求不高，RDB会丢失最后一次快照的数据。

优点： 开机的恢复数据快，写入持久化文件快。

AOF持久化机制

AOF持久化机制是以日志的形式记录Redis中的每一次的增删改操作，不会记录查询操作，以文本的形式记录，打开记录的日志文件就可以查看操作记录。

AOF是默认不开启的，若是想开启AOF，在如下图的配置修改即可：

只需要把appendonly no修改为appendonly yes即可开启，在AOF中通过appendfilename配置生成的文件名，该文件名默认为appendonly.aof，路径也是通过dir配置的，这个与RDB的一样，具体的配置信息如下图所示：

AOF触发机制

AOF带来的持久化更加安全可靠，默认提供三种触发机制，如下所示：

no：表示等操作系统等数据缓存同步到磁盘中（快、持久化没保证）。
always：同步持久化，每次发生数据变更时，就会立即记录到磁盘中（慢，安全）。
everysec：表示每秒同步一次（默认值，很快，但是会丢失一秒内的数据）。

AOF中每秒同步也是异步完成的，效率是非常高的，由于该机制对日志文件的写入操作是采用append的形式。

因此在写入的过程即使宕机，也不会丢失已经存入日志文件的数据，数据的完整性是非常高的。

在新安装的Redis的配置文件中，AOF的配置如下所示：

AOF重写机制

但是，在写入所有的操作到日志文件中时，就会出现日志文件很多重复的操作，甚至是无效的操作，导致日志文件越来越大。

所谓的无效的的操作，举个例子，比如某一时刻对一个k++，然后后面的某一时刻k--，这样k的值是保持不变的，那么这两次的操作就是无效的。

如果像这样的无效操作很多，记录的文件臃肿，就浪费了资源空间，所以在Redis中出现了rewrite机制。

redis提供了bgrewriteaof命令。将内存中的数据以命令的方式保存到临时文件中，同时会fork出一条新进程来将文件重写。

重写AOF的日志文件不是读取旧的日志文件瘦身，而是将内存中的数据用命令的方式重写一个AOF文件，重新保存替换原来旧的日志文件，因此内存中的数据才是最新的。

重写操作也会fork一个子进程来处理重写操作，重写以内存中的数据作为重写的源，避免了操作的冗余性，保证了数据的最新。

在Redis以append的形式将修改的数据写入老的磁盘中，同时Redis也会创建一个新的文件用于记录此期间有哪些命令被执行。

下面进行演示一下AOF的操作，首先先打开AOF机制，修改配置文件中的appendonly no为appendonly yes，然后执行如下图的操作：

都显示执行成功，ls以下查看此时当前的文件夹终究会出现appendonly.aof
，AOF的数据持久化文件，通过cat命令查看内容：

从上面的存储的文件中可以看出，每一个命令是非常有规律的，比如第一次执行key *映射到该配置文件中的命令如下：

*2 //表示该命令两组key 为一组 * 为一组
$6 //表示SELECT有6字符
SELECT
$1 //表示下面的0一个字符
0

然后执行set k1 1的命令，此命令映射到文件中的命令如下：

*3 //表示该命令有三组set为一组 k1为一组 1为一组
$3 // 表示set有三个字符
set // 表示执行了set命令
$2 // 表示k1有两个字符
k1 // key值
$1 // 便是value值的字符长度为1
1  // value值

当AOF的日志文件增长到一定大小的时候Redis就能够bgrewriteaof对日志文件进行重写瘦身。当AOF配置文件大于改配置项时自动开启重写（这里指超过原大小的100%）。

该配置可以通过如下的配置项进行配置：

AOF的优缺点

优点： AOF更好保证数据不会被丢失，最多只丢失一秒内的数据，通过fork一个子进程处理持久化操作，保证了主进程不会进程io操作，能高效的处理客户端的请求。

另外重写操作保证了数据的有效性，即使日志文件过大也会进行重写。

AOF的日志文件的记录可读性非常的高，即使某一时刻有人执行flushall清空了所有数据，只需要拿到aof的日志文件，然后把最后一条的flushall给删除掉，就可以恢复数据。

缺点： 对于相同数量的数据集而言，AOF文件通常要大于RDB文件。RDB 在恢复大数据集时的速度比 AOF 的恢复速度要快。AOF在运行效率上往往会慢于RDB。

混合持久化

在redis4.0后混合持久化（RDB+AOF）对重写的优化，4.0版本的混合持久化默认是关闭的，可以通过以下的配置开启混合持久化：

混合持久化也是通过bgrewriteaof来完成的，不同的是当开启混合持久化时，fork出的子进程先将共享内存的数据以RDB方式写入aof文件中，然后再将重写缓冲区的增量命令以AOF方式写入文件中。

写入完成后通知主进程统计信息，并将新的含有RDB格式和AOF格式的AOF文件替换旧的AOF文件。简单的说：新的AOF文件前半段是以RDB格式的全量数据后半段是AOF格式的增量数据。

优点： 混合持久化结合RDB持久化和AOF持久化的优点，由于绝大部分的格式是RDB格式，加载速度快，增量数据以AOF方式保存，数据更少的丢失。

RDB和AOF优势和劣势

rdb适合大规模的数据恢复，由于rdb是以快照的形式持久化数据，恢复的数据快，在一定的时间备份一次，而aof的保证数据更加完整，损失的数据只在秒内。

具体哪种更适合生产，在官方的建议中两种持久化机制同时开启，如果两种机制同时开启，优先使用aof持久化机制。

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