NoSQL之 Redis配置与优化

Posted 2021-08-05 码海小虾米_

NoSQL之 Redis配置与优化

• 一、关系数据库和非关系数据库
• • 1.1 关系型数据库
  • 1.2 非关系型数据库
  • 1.3 非关系型数据库的产生背景
  • 1.4 关系型数据库和非关系型数据库区别
• 二、Redis介绍
• 三、Redis安装部署
• • 3.1 Redis安装部署步骤（理论）
  • 3.2 Redis安装部署具体操作步骤（实操）
  • 3.2 Redis命令工具
  • 3.2 redis-cli命令行工具（远程登录）
  • 3.3 redis-benchmark 测试工具
• 四、Redis数据库常用命令
• • 4.1 常用命令
  • 4.2 示例
• 五、Redis多数据库常用命令
• 六、Redis 高可用
• 七、Redis持久化
• • • （一）Redis提供两种方式进行持久化:
• 八、RDB持久化
• • 8.1 触发条件
  • • （一）手动触发
    • （二）自动触发
    • （三）其他自动触发机制
  • 8.2 执行流程
  • 8.3 启动时加载
• 九、AOF持久化
• • 9.1 开启AOF
  • 9.2 执行流程
  • • （一）AOF的执行流程包括:
    • （二）文件重写能压缩AOF文件的原因
    • （三）文件重写的触发
    • （四）文件重写的流程
    • （五）重写流程注意点
    • 9.3 启动时加载
• 十、RDB和AOF的优缺点
• • 10.1 RDB持久化的优缺点
  • 10.2 AOF持久化的优缺点
• 十一、Redis性能管理
• 九、总结

一、关系数据库和非关系数据库

1.1 关系型数据库

• 一个结构化的数据库，创建在关系模型基础上
• 一般面向于记录
• 包括：Oracle、mysql、SQL Server、Microsoft Access、DB2等

1.2 非关系型数据库

• 除了主流的关系型数据库外的数据库，都认为是非关系型
• 包括：Redis、MongBD、Hbase、CouhDB等

1.3 非关系型数据库的产生背景

• High performance——对数据库高并发读写需求
• Huge Storage——对海量数据高效存储与访问需求
• High Scalability && High Availability——对数据库高可扩展性与高可用性需求

1.4 关系型数据库和非关系型数据库区别

1. 数据存储方式不同

关系型和非关系型数据库的主要差异是数据存储的方式。

• 关系型数据天然就是表格式的，因此存储在数据表的行和列中。数据表可以彼此关联协作存储，也很容易提取数据。
• 非关系型与其相反，数据不适合存储在数据表的行和列中，而是大块组合在一起。非关系型数据通常存储在数据集中，就像文档、键值对或者图结构。你的数据及其特性是选择数据存储和提取方式的首要影响因素。

2. 扩展方式不同

SQL和NoSQL数据库最大的差别可能是在扩展方式上，要支持日益增长的需求当然要扩展。

• 要支持更多并发量，SQL数据库是纵向扩展，也就是说提高处理能力，使用速度更快速的计算机，这样处理相同的数据集就更快了。因为数据存储在关系表中，操作的性能瓶颈可能涉及很多个表，这都需要通过提高计算机性能来客服。虽然SQL数据库有很大扩展空间，但最终肯定会达到纵向扩展的上限。

• 而NoSQL数据库是横向扩展的。因为非关系型数据存储天然就是分布式的，NoSQL数据库的扩展可以通过给资源池添加更多普通的数据库服务器(节点) 来分担负载。

3.对事务性的支持不同

如果数据操作需要高事务性或者复杂数据查询需要控制执行计划，那么传统的SQL数据库从性能和稳定性方面考虑是最佳选择。SQL数据库支持对事务原子性细粒度控制，并且易于回滚事务。

虽然NoSQL数据库也可以使用事务操作，但稳定性方面没法和关系型数据库比较，所以它们真正闪亮的价值是在操作的扩展性和大数据量处理方面

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二、Redis介绍

• 官方网址：https://redis.io/

• Redis是一个开源的、使用C语言编写的NoSOL数据库，Redis服务器程序是单进程模型。

• Redis基于内存运行并支持持久化（支持存储在磁盘），采用key-value（键值对）的存储形式，是目前分布式架构中不可或缺的一环。

• Redis服务在一台服务器上可以同时启动多个Redis进程，Redis的实际处理速度则是完全依靠于主进程的执行效率。

  • 若在服务器上只运行一个Redis进程， 当多个客户端同时访问时， 服务器的处理能力是会有一定程度的下降;
  • 若在同一台服务器上开启 多个Redis进程， Redis在提高并发处理能力的同时会给服务器的CPU造成很大压力。 即在实际生产环境中， 需要根据实际的需求来决定开启多少个Redis进程。
    （一般建议开启2个，用作备份和抗高并发）

• 若对高并发要求更高一些， 可能会考虑在同一台服务器上开启多个进程。 若CPU资源比较紧张，采用单进程即可。

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三、Redis安装部署

3.1 Redis安装部署步骤（理论）

1 . 关闭防火墙和SElinux

systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0

2 . 安装gcc gcc-c++ 编译器

yum install -y gcc gcc-c++ make

3 . 将redis-5.0.7.tar.gz 压缩包上传到/opt目录中然后解压

cd /opt/
tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz 

#进入目录然后直接make
cd /opt/redis-5.0.7/
make
make PREFIX=/usr/local/redis install
#由于Redis源码包中直接提供了Makefile 文件，所以在解压完软件包后，
不用先执行./configure 进行配置，可直接执行make与make install命令进行安装

4 . 执行install_server.sh脚本

#执行软件包提供的 install_server.sh 脚本文件设置Redis服务所需要的相关配置文件
cd /opt/redis-5.0.7/utils 
./install_server.sh       
.......          #一直回车.
Please select the redis executable path [/usr/local/bin/redis-server] /usr/local/redis/bin/ redis-server
#需要手动修改为 /usr/local/redis/bin/redis-server    注意要一次性正确输入

Selected config:
Port               : 6379                               #默认侦听端口为6379
Config file        : /etc/redis/6379.conf               #配置文件路径
Log file           : /var/log/redis_6379.log            #日志文件路径
Data dir           : /var/lib/ redis/6379               #数据文件路径
Executable         : /usr/local/redis/bin/redis-server  #可执行文件路径
Cli Executable     : /usr/local/redis/bin/redis-cli     #客户端命令工具

5 . 优化路径并查端口是否打开

#把redis的可执行程序文件放入路径环境变量的目录中便于系统识别
ln -s /usr/local/redis/bin/* /usr/local/bin/

#当install_server.sh 脚本运行完毕，Redis 服务就已经启动，默认侦听端口为6379
netstat -natp | grep redis

#Redis服务控制
/etc/init.d/redis_6379 stop       #停止
/etc/init.d/redis_6379 start      #启动
/etc/init.d/redis_6379 restart    #重启
/etc/init.d/redis_6379 status     #状态

6 . 修改配置文件并重启

#修改配置 /etc/redis/6379.conf 参数（只需添加监听地址，其他已经默认开启了）
vim /etc/redis/6379.conf
bind 127.0.0.1 192.168.200.50      		  #70行，添加监听的主机地址
port 6379                        		  #93行，Redis默认的监听端口
daemonize yes                     		  #137行，启用守护进程
pidfile /var/run/redis_6379.pid  		  #159行，指定PID文件
loglevel notice                   		  #167行，日志级别
logfile /var/log/redis_6379.log  		  #172行，指定日志文

/etc/init.d/redis_6379 restart    #重启

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3.2 Redis安装部署具体操作步骤（实操）

1 . 关闭防火墙和SElinux

2 . 安装gcc gcc-c++ 编译器

3 . 将redis-5.0.7.tar.gz 压缩包上传到/opt目录中然后解压

4 . 进入目录然后直接make

5 . 指定redis的目录

6 . 执行install_server.sh脚本

7 . 优化路径并查端口是否打开

8 . 测试服务控制命令

9 . 修改配置文件，添加监听的主机地址，其他默认已经开启

10 . 重启redis查看监听的地址

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3.2 Redis命令工具

redis-server: 	 用于启动Redis 的工具
redis-benchmark: 用于检测Redis在本机的运行效率
redis-check-aof: 修复AOF持久化文件
redis-check-rdb: 修复RDB 持久化文件
redis-cli: 	 	 Redis 命令行工具

rdb 和 aof 是redis服务中持久化功能的两种形式！

3.2 redis-cli命令行工具（远程登录）

语法: redis-cli -h host -p port -a password
选项：
	-h :指定远程主机
	-p :指定Redis 服务的端口号
	-a :指定密码，未设置数据库密码可以省略-a选项
若不添加任何选项表示，则使用127.0.0.1:6379 连接本机上的 Redis 数据库，

redis-cli -h 192.168.80.40 -p 6379

3.3 redis-benchmark 测试工具

redis-benchmark 是官方自带的 Redis 性能测试工具，可以有效的测试 Redis 服务的性能。

基本的测试语法: redis-benchmark [选项] [选项值]
-h :指定服务器主机名。
-p :指定服务器端口。
-s :指定服务器socket（套接字）
-c :指定并发连接数。
-n :指定请求数。
-d :以字节的形式指定 SET/GET 值的数据大小。
-k : 1=keep alive  0=reconnect
-r : SET/GET/INCR 使用随机key, SADD使用随机值。
-P :通过管道传输<numreq>请求。
-q :强制退出redis。 仅显示query/sec 值。
--csv :以CSV格式输出。
-l :生成循环，永久执行测试。
-t :仅运行以逗号分隔的测试命令列表。
-I : Idle模式。仅打开 N 个idle连接并等待。

示例1：向IP地址为192.168.80.40、 端口为6379 的Redis 服务器发送100个并发连接与100000 个请求测试性能。

 redis-benchmark -h 192.168.80.40 -p 6379 -c 100 -n 100000

示例2：测试存取大小为100字节的数据包的性能。

redis-benchmark -h 192.168.80.40 -p 6379 -q -d 100

示例3：测试本机上Redis 服务在进行set与lpush操作时的性能。

redis-benchmark -t set,lpush -n 100000 -q 

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四、Redis数据库常用命令

4.1 常用命令

set: 存放数据，命令格式为 set key value
get: 获取数据，命令格式为 get key

命令（红色命令）	解释
set	存放数据
get	获取数据
keys s *	获取所有的key
keys s*	以s开头的数据
keys s？	以s开头后面包含任意一位的数据
exists aaa	判断aaa 是否存在（存在：1，不存在：0）
del key	删除当前数据库的key
type key	获取key对应的 value 值类型
rename key1 key2	将key1修改为key2
renamenx key1 key2	将key1修改为key2之前判断key2是否存在，不存在则重命名
dbsize	查看当前数据库中key的数目

4.2 示例

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# rename 命令是对已有key进行重命名。 (覆盖)
命令格式: rename 源key  目标key
使用rename命令进行重命名时，无论目标key是否存在都进行重命名，且源key的值会覆盖目标key的值。在实际使用过程中，建议先用 exists命令查看目标key是否存在，然后再决定是否执行rename命令，以避免覆盖重要数据。

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# renamenx 命令的作用是对已有key进行重命名，并检测新名是否存在，如果目标key存在则不进行重命名。 (不覆盖)
命令格式: renamenx 源key  目标key

dbsize命令的作用是查看当前数据库中key的数目。

五、Redis多数据库常用命令

Redis支持多数据库，Redis 默认情况下包含16个数据库，数据库名称是用数字0-15 来依次命名的。
多数据库相互独立，互不干扰。

#多数据库间切换
命令格式: select 序号
使用 redis-cli 连接Redis数据库后，默认使用的是序号为 0 的数据库。
127.0.0.1:6379> select 10        #切换至序号为10的数据库

127.0.0.1:6379[10]> select 15    #切换至序号为15的数据库

127.0.0.1:6379[15]> select 0     #切换至序号为0的数据库

示例：

#多数据库间移动数据
格式: move  键值  序号

127.0.0.1:6379> set tete1 100
OK
127.0.0.1:6379> get tete1
"100"
127.0.0.1:6379> select 1
OK
127.0.0.1:6379[1]> get tete1
(nil)
127.0.0.1:6379[1]> select 0    #切换至目标数据库0
OK
127.0.0.1:6379> get tete1        #查看目标数据是否存在
"100"
127.0.0.1:6379> move tete1 1      #将数据库0中tete1移动到数据库1中
(integer) 1
127.0.0.1:6379> select 1       #切换至目标数据库1
OK
127.0.0.1:6379[1]> get tete1      #查看被移动数据
"100"
127.0.0.1:6379[1]> select 0 
OK
127.0.0.1:6379> get tete1        #在数据库0中无法查看到tete1的值
(nil)

#清除数据库内数据
FLUSHDB  :清空当前数据库数据
FLUSHALL :清空所有数据库的数据，慎用!

六、Redis 高可用

在web服务器中，高可用是指服务器可以正常访问的时间，衡量的标准是在多长时间内可以提供正常服务(99.9%、99.99%、99.999%等等)。但是在Redis语境中，高可用的含义似乎要宽泛一些，除了保证提供正常服务(如主从分离、快速容灾技术)，还需要考虑数据容量的扩展，数据安全不会丢失等。

在Redis中，实现高可用的技术主要包括持久化、主从复制、哨兵和集群，作用如下：

• 持久化 :持久化是最简单的高可用方法(有时甚至不被归为高可用的手段)，主要作用是数据备份，即将数据存储在硬盘，保证数据不会因进程退出而丢失。
• 主从复制 :主从复制是高可用Redis的基础，哨兵和集群都是在主从复制基础上实现高可用的。主从复制主要实现了数据的多机备份，以及对于读操作的负载均衡和简单的故障恢复。缺陷:故障恢复无法自动化;写操作无法负载均衡;存储能力受到单机的限制。
• 哨兵 :在主从复制的基础上，哨兵实现了自动化的故障恢复。缺陷 :写操作无法负载均衡;存储能力受到单机的限制。
• 集群 : 通过集群， Redis解决了写操作无法负载均衡，以及存储能力受到单机限制的问题，实现了较为完善 的高可用方案。

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七、Redis持久化

持久化的功能 :
Redis是内存数据库，数据都是存储在内存中，为了避免服务器断电等原因导致Redis进程异常退出后数据的永久丢失，需要定期将Redis中的数据以某种形式(数据或命令)从内存保存到硬盘;当下次Redis重启时，利用持久化文件实现数据恢复。除此之外，为了进行灾难备份，可以将持久化文件拷贝到一个远程位置。

（一）Redis提供两种方式进行持久化:

• RDB持久化（Redis DataBase） :原理是将Reids在内存中的数据库记录定时保存到磁盘上。
• AOF持久化(append only file) :原理是将Reids的操作日志以追加的方式写入文件，类似于MySQL的binlog。

由于AOF持久化的实时性更好，即当进程意外退出时丢失的数据更少，因此AOF是目前主流的持久化方式，不过RDB持久化仍然有其用武之地。

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八、RDB持久化

RDB持久化是指在指定的时间间隔内将内存中当前进程中的数据生成快照保存到硬盘(因此也称作快照持久化)，用二进制压缩存储，保存的文件后缀是rdb；当Redis重新启动时，可以读取快照文件恢复数据。

8.1 触发条件

RDB持久化的触发分为：手动触发和自动触发两种。

（一）手动触发

• save命令和bgsave命令都可以生成RDB文件。
• save命令会阻塞Redis服务器进程，直到RDB文件创建完毕为止，在Redis服务器阻塞期间，服务器不能处理任何命令请求。
• bgsave命令会创建一个子进程，由子进程来负责创建RDB文件，父进程 (即Redis主进程) 则继续处理请求。
• bgsave命令执行过程中，只有fork 子进程时会阻塞服务器，而对于save命令，整个过程都会阻塞服务器，因此save已基本被废弃，线上环境要杜绝save的使用！！！

（二）自动触发

在自动触发RDB持久化时，Redis也 会选择bgsave而不是save来进行持久化。

save m n				#通过配置设置触发

自动触发最常见的情况是在配置文件中通过save m n，指定当m秒内发生n次变化时，会触发bgsave。

vim /etc/redis/6379.conf

-----219行--以下三个save条件满足任意一个时，都会引起bgsave的调用
save 900 1 :当时间到900秒时，如果redis数据发生了至少1次变化，则执行bgsave
save 300 10 :当时间到300秒时， 如果redis数据发生了至少10次变化，则执行bgsave
save 60 10000 :当时间到60秒时，如果redis数据发生了至少10000次变化， 则执行bgsave

-----242行--是否开启RDB文件压缩
rdbcompression yes

-----254行--指定RDB文件名
dbfilename dump.rdb

-----264行--指定RDB文件和AOF文件所在目录
dir /var/lib/redis/6379

（三）其他自动触发机制

除了 savemn 以外，还有一些其他情况会触发bgsave:

• 在主从复制场景下，如果从节点执行全量复制操作，则主节点会执行bgsave命令，并将rdb文件发送给从节点。
• 执行shutdown命令时，自动执行rdb持久化。

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8.2 执行流程

1. Redis父进程首先判断 :当前是否在执行save，或bgsave/bgrewriteaof的子进程，如果在执行则bgsave命令直接返回。bgsave/bgrewriteaof 的子进程不能同时执行，主要是基于性能方面的考虑:两个并发的子进程同时执行大量的磁盘写操作，可能引起严重的性能问题。
2. 父进程执行fork操作创建子进程，这个过程中父进程是阻塞的，Redis不能执行来自客户端的任何命令
3. 父进程fork后，bgsave 命令返回”Background saving started" 信息并不再阻塞父进程，并可以响应其他命令
4. 子进程创建RDB文件，根据父进程内存快照生成临时快照文件，完成后对原有文件进行原子替换
5. 子进程发送信号给父进程表示完成，父进程更新统计信息

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8.3 启动时加载

• RDB文件的载入工作是在服务器启动时自动执行的，并没有专门的命令。但是由于A0F的优先级更高，因此当AOF开启时，Redis会优先载入AOF文件来恢复数据;只有当A0F关闭时，才会在Redis服务器启动时检测RDB文件，并自动载入。服务器载入RDB文件期间处于阻塞状态，直到载入完成为止。

• Redis载入RDB文件时，会对RDB文件进行校验，如果文件损坏，则日志中会打印错误，Redis启动失败。

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九、AOF持久化

✈ RDB持久化是将进程数据写入文件，而AOF持久化，则是将Redis执行的每次写、删除命令记录到单独的日志文件中，查询操作不会记录; 当Redis重启时再次执行AOF文件中的命令来恢复数据。

✈ 与RDB相比，AOF的实时性更好，因此已成为主流的持久化方案。

9.1 开启AOF

Redis服务器默认开启RDB，关闭AOF的， 要开启AOF，需要在/etc/ redis/6379.conf配置文件中配置。

vim /etc/redis/6379.conf

-----700行--修改， 开启AOF
appendonly yes

-----704行--指定A0F文件名称
appendfilename "appendonly.aof"

-----796行--是否忽略最后一条可能存在问题的指令
aof-load-truncated yes

/etc/init.d/redis_6379 restart				#重启redis

9.2 执行流程

由于需要记录Redis的每条写命令，因此A0F不需要触发，AOF的执行流程如下：

（一）AOF的执行流程包括:

• ● 命令追加(append): 将Redis的写命令追加到缓冲区aof_ buf;
• ● 文件写入(write)和文件同步(sync):根据不同的同步策略将aof_buf中的内容同步到硬盘;
• ● 文件重写(rewrite): 定期重写AOF文件，达到压缩的目的。

(1) 命令追加 (append)

• Redis先将写命令追加到缓冲区，而不是直接写入文件，主要是为了避免每次有写命令都直接写入硬盘，导致硬盘IO成为Redis负载的瓶颈。
• 命令追加的格式是Redis命令请求的协议格式，它是一种纯文本格式，具有兼容性好、可读性强、容易处理、操作简单避免二次开销等优点。在A0F文件中，除了用于指定数据库的select命令 (如select0为选中0号数据库) 是由Redis添加的，其他都是客户端发送来的写命令。

(2) 文件写入(write) 和文件同步 (sync)

• Redis 提供了多种AOF缓存区的同步文件策略，策略涉及到操作系统的write函数和fsync函数，说明如下:

为了提高文件写入效率，在现代操作系统中，当用户调用write函数将数据写入文件时，操作系统通常会将数据暂存到一个内存缓冲区里，当缓冲区被填满或超过了指定时限后，才真正将缓冲区的数据写入到硬盘里。这样的操作虽然提高了效率，但也带来了安全问题:如果计算机停机，内存缓冲区中的数据会丢失;因此系统同时提供了fsync、fdatasync等同步函数，可以强制操作系统立刻将缓冲区中的数据写入到硬盘里，从而确保数据的安全性。

AOF缓存区的同步文件策略存在三种同步方式，它们分别是：

vim /etc/redis/6379.conf

---729---
● appendfsync always:
解释：命令写入aof_ buf后立即调用系统fsync操作同步到AOF文件，fsync完成后线程返回。
	 这种情况下，每次有写命令都要同步到AOF文件，硬盘IO成为性能瓶颈，Redis只能支持大约几百TPS写入，
	 严重降低了Redis的性能；即便是使用固态硬盘(SSD)，每秒大约也只能处理几万个命令，而且会大大降低SSD的寿命。

● appendfsync no:
解释：命令写入aof_ buf后调用系统write操作，不对AOF文件做fsync同步;
	 同步由操作系统负责，通常同步周期为30秒。这种情况下，文件同步的时间不可控，
	 且缓冲区中堆积的数据会很多，数据安全性无法保证。

● appendfsynceverysec:
解释：命令写入aof_ buf后调用系统write操作，write完成后线程返回; 
	 fsync同步文件操作由专门的线程每秒调用一次。
	 everysec是前述两种策略的折中，是性能和数据安全性的平衡，
	 因此是Redis的默认配置，也是我们推荐的配置。

(3) 文件重写 (rewrite)

• 随着时间流逝，Redis服务器执行的写命令越来越多，AOF文件也会越来越大：过大的AOF文件不仅会影响服务器的正常运行，也会导致数据恢复需要的时间过长。

• 文件重写是指定期重写AOF文件，减小AOF文件的体积。需要注意的是，AOF重写是把Redis进程内的数据转化为写命令，同步到新的AOF文件；不会对旧的AOF文件进行任何读取、写入操作!

• 关于文件重写需要注意的另一点是：对于AOF持久化来说，文件重写虽然是强烈推荐的，但并不是必须的；即使没有文件重写，数据也可以被持久化并在Redis启动的时候导入：因此在一些实现中，会关闭自动的文件重写，然后通过定时任务在每天的某一时刻定时执行。

（二）文件重写能压缩AOF文件的原因

• 过期的数据不再写入文件；
• 无效的命令不再写入文件：如有些数据被重复设值(set mykey test1, set mykey test2)、有些数据被删除了(sadd myset vtest, del myset) 等。
• 多条命令可以合并为一个：如sadd myset test1, sadd myset test2， sadd myset test3可以合并为sadd myset test1 test2 test3

通过上述内容可以看出，由于重写后AOF执行的命令减少了，文件重写既可以减少文件占用的空间，也可以加快恢复速度。

（三）文件重写的触发

文件重写的触发，分为手动触发和自动触发

• 手动触发：直接调用bgrewriteaof命令，该命令的执行与bgsave有些类似：都是fork子进程进行具体的工作，且都只有在fork时阻塞。
• 自动触发：通过设置auto-aof - rewrite-min-size选项和auto- aof - rewrite- percentage选项来自动执行BGREWRITEAOF
  只有当auto-aof- rewrite- -min-size和auto-aof -rewrite-percentage两个选项同时满足时，才会自动触发AOF重写，即bgrewriteaof操作。

以上是关于NoSQL之 Redis配置与优化的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
 
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