Redis RDB持久化和AOF持久化详细讲解

Posted 2023-03-09

参考技术A 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。Redis支持两种方式的持久化，一种是RDB方式，一种是AOF方式。可以单独使用其中一种或将二者结合使用。

RDB持久化是把当前进程数据生成快照保存到硬盘的过程，触发RDB持久化过程分为手动触发和自动触发。

手动触发分别对应save和bgsave命令：

自动触发

除了执行命令手动触发之外，Redis内部还存在自动触发RDB的持久化机制。如以下场景：

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。

bgsave是主流的触发RDB持久化方式，它的运作流程如下图：

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。

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 dirnewDir和config setdbfilenamenewFileName运行期动态执行，当下次运行时RDB文件会保存到新目录。

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 rdbcompressionyes|no动态修改。

校验：如果Redis加载损坏的RDB文件时拒绝启动，并打印如下日志：

这时可以使用Redis提供的redis-check-dump工具检测RDB文件并获取对应的错误报告。

RDB的优点：

RDB的缺点：

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。

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）。如下图所示：

流程如下：

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。

AOF命令写入的内容直接是文本协议格式，开启AOF后，所有写入命令都包含追加操作，直接采用文本协议格式，避免了二次处理开销。

Redis提供了多种AOF缓冲区同步文件策略，由参数appendfsync控制。

always:命令写入aof_buf后，调用系统ysnyc操作同步到AOF文件，ysnyc完成后线程返回。

everysec:命令写入aof_buf后，调用系统write操作,write完成后线程返回。ysnyc同步文件操作由专门线程每秒调用一次。

no：命令写入aof_buf后，调用系统write操作，不对AOF文件做ysnyc同步，同步硬盘操作由操作系统负责，通常同步周期最长30秒。

系统调用write和fsync说明：

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。

AOF重写机制压缩文件体积的原因：

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，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，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重写过程可以手动触发和自动触发：

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。

自动触发时机=aof_current_size>auto-aof-rewrite-min-size&&（aof_current_size-aof_base_size）/aof_base_size>=auto-aof-rewrite-percentage。其中aof_current_size和aof_base_size可以在info Persistence统计信息中查看。

AOF重写流程：如下图

流程说明：

1）执行AOF重写请求。如果当前进程正在执行AOF重写，请求不执行并返回如下响应：

如果当前进程正在执行bgsave操作，重写命令延迟到bgsave完成之后再执行，返回如下响应：

2）父进程执行fork创建子进程，开销等同于bgsave过程。

3.1）主进程fork操作完成后，继续响应其他命令。所有修改命令依然写入AOF缓冲区并根据appendfsync策略同步到硬盘，保证原有AOF机制正确性。

3.2）由于fork操作运用写时复制技术，子进程只能共享fork操作时的内存数据。由于父进程依然响应命令，Redis使用“AOF重写缓冲区”保存这部分新数据，防止新AOF文件生成期间丢失这部分数据。

4）子进程根据内存快照，按照命令合并规则写入到新的AOF文件。每次批量写入硬盘数据量由配置aof-rewrite-incremental-fsync控制，默认为32MB，防止单次刷盘数据过多造成硬盘阻塞。

5.1）新AOF文件写入完成后，子进程发送信号给父进程，父进程更新统计信息，具体见info persistence下的aof_*相关统计。

5.2）父进程把AOF重写缓冲区的数据写入到新的AOF文件。

5.3）使用新AOF文件替换老文件，完成AOF重写。

AOF和RDB文件都可以用于服务器重启时的数据恢复。Redis持久化文件加载流程如下图：

流程说明：

1）AOF持久化开启且存在AOF文件时，优先加载AOF文件，打印如下日志：

2）AOF关闭或者AOF文件不存在时，加载RDB文件，打印如下日志：

3）加载AOF/RDB文件成功后，Redis启动成功。

4）AOF/RDB文件存在错误时，Redis启动失败并打印错误信息。

加载损坏的AOF文件时会拒绝启动，并打印如下日志：

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，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，同时打印如下警告日志：