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Redis是如何实现数据持久化的

Redis为了防止因进程退出或服务器宕机导致内存中的数据丢失，提供了多种持久化机制，将数据写入硬盘。 主要的持久化方式有RDB（Redis Database）、AOF（Append Only File）以及两者的混合持久化。

1. RDB (Redis Database) 快照

RDB是Redis默认的持久化方式，它通过创建内存数据的快照来实现。 RDB文件是一个经过压缩的二进制文件，记录了某个时间点上的数据集。

工作原理

RDB的触发方式分为手动触发和自动触发。

  • 手动触发:

    • SAVE: 这个命令会阻塞Redis主线程，直到RDB文件创建完毕。在生产环境中不建议使用，因为会长时间阻塞客户端请求。
    • BGSAVE: BGSAVE会创建一个子进程来负责生成RDB文件，主进程可以继续处理客户端请求，阻塞只发生在fork子进程的阶段，通常时间很短。这是默认的触发方式。

  • 自动触发: 在redis.conf配置文件中，可以通过save指令设置自动触发BGSAVE的条件。例如：

    • save 900 1: 表示在900秒内，如果至少有1个键发生变化，则自动触发BGSAVE。
    • save 300 10: 表示在300秒内，如果至少有10个键发生变化，则自动触发BGSAVE。

BGSAVE命令执行时，Redis主进程会利用操作系统的写时复制（Copy-on-Write）机制。 主进程fork出一个子进程，子进程共享主进程的内存数据。在子进程写入RDB文件期间，如果主进程需要修改某块数据，操作系统会复制这块数据的一个副本，主进程修改副本，而子进程继续将原始数据写入RDB文件。

优点

  • 性能好，恢复快: RDB文件是紧凑的二进制格式，体积小，非常适合备份和灾难恢复。 Redis加载RDB文件来恢复数据的速度远快于AOF。
  • 对性能影响小: BGSAVE使用子进程进行持久化，对主进程服务影响较小。

缺点

  • 数据丢失风险高: RDB是间隔性地进行快照，如果在两次快照之间服务器发生故障，那么这期间的数据将会全部丢失。
  • fork子进程开销: 当数据集很大时，fork子进程可能会消耗较多时间和内存，甚至可能导致服务短暂停顿。

2. AOF (Append Only File) 只追加文件

AOF持久化记录了服务器接收到的每一个写操作命令。 当Redis重启时，会重新执行AOF文件中的所有命令来恢复数据。

工作原理

AOF的实现过程可以分为命令追加、文件写入和文件同步。

  1. 命令追加 (Append): 当AOF持久化功能开启后，服务器在执行完一个写命令后，会以协议格式将被执行的命令追加到AOF缓冲区的末尾。
  2. 文件写入 (Write) 和同步 (Sync): AOF缓冲区的数据会根据appendfsync配置策略写入并同步到AOF文件中。 这个策略有三种选择：
    • always: 每个写命令都立即同步到磁盘，最安全但性能最低。
    • everysec: 每秒同步一次，这是默认策略，在性能和数据安全性之间做了很好的平衡，最多只会丢失1秒的数据。
    • no: 完全依赖操作系统来同步，速度最快，但数据丢失风险最高。

AOF重写

随着写操作的不断增加，AOF文件会变得越来越大。为了解决这个问题，Redis引入了AOF重写机制。 AOF重写会创建一个新的AOF文件，这个文件包含了恢复当前数据集所需的最少命令集合。例如，对一个计数器执行了100次INCR，重写后的AOF文件可能只会有一条SET命令。

优点

  • 数据安全性高: 根据同步策略，AOF可以提供更高的数据安全性，最多丢失1秒的数据。
  • 文件可读性强: AOF文件是文本格式，可以方便地查看和处理。

缺点

  • 文件体积大: 对于相同的数 据集，AOF文件通常比RDB文件大。
  • 恢复速度慢: 数据恢复时需要重新执行所有写命令，速度相对RDB较慢。
  • 对性能有一定影响: 频繁的磁盘同步会对系统性能产生一定的影响。

3. 混合持久化

从Redis 4.0开始，引入了混合持久化机制，结合了RDB和AOF的优点。

工作原理

当开启混合持久化后（通过aof-use-rdb-preamble yes配置），在进行AOF重写时，子进程会将当前内存中的数据以RDB的格式写入到新的AOF文件的开头部分，然后将重写期间新增的写命令以AOF格式追加到文件末尾。

这样，在数据恢复时，Redis会先加载RDB部分的数据，然后接着执行AOF部分的增量命令，从而大大提高了恢复速度，同时又降低了数据丢失的风险。

如何选择？

  • 如果数据丢失一些也可以接受，或者主要用作缓存，可以选择只使用RDB。
  • 如果需要高数据安全性，建议同时开启RDB和AOF，或者使用混合持久化。
  • 不建议单独使用AOF，因为RDB更适合用于数据备份。

当RDB和AOF都开启时，Redis在重启时会优先使用AOF文件来恢复数据，因为它通常能保证更完整的数据。