Redis要想實(shí)現(xiàn)高可用，主要有以下方面來保證：

• 數(shù)據(jù)持久化

• 主從復(fù)制

• 自動故障恢復(fù)

• 集群化

這篇文章我們先介紹Redis的高可用保障的基礎(chǔ)：數(shù)據(jù)持久化。

因?yàn)镽edis的主從復(fù)制和自動故障恢復(fù)，都需要依賴Redis持久化相關(guān)的東西。同時(shí)，Redis的數(shù)據(jù)持久化也可以用來做數(shù)據(jù)備份，用來保障數(shù)據(jù)的安全性。

Redis是一個內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，它的數(shù)據(jù)都保存在內(nèi)存中，如果實(shí)例宕機(jī)，那么數(shù)據(jù)則全部丟失。如何保證數(shù)據(jù)的完整性和安全性也是提高服務(wù)高可用的重要機(jī)制之一。

Redis提供了完善的持久化機(jī)制，可以把內(nèi)存中的數(shù)據(jù)持久化到磁盤上，方便我們進(jìn)行備份數(shù)據(jù)和快速恢復(fù)數(shù)據(jù)。

這篇文章我們就來分析Redis的數(shù)據(jù)持久化是如何實(shí)現(xiàn)的？我們經(jīng)常聽的RDB和AOF有什么區(qū)別？以及它們不同的使用場景。

持久化方式

Redis提供的數(shù)據(jù)持久化方式主要有2種：

• RDB：產(chǎn)生一個數(shù)據(jù)快照文件

• AOF：實(shí)時(shí)追加命令的日志文件

它們分別對應(yīng)了不同的使用場景，下面我們就來依次分析。

RDB

介紹

RDB全稱Redis Database Backup file（Redis數(shù)據(jù)備份文件），也被叫做Redis數(shù)據(jù)快照。

我們可以通過執(zhí)行save或bgsave命令讓Redis在本地生成RDB快照文件，這個RDB文件包含了整個實(shí)例接近完整的數(shù)據(jù)內(nèi)容。

它的優(yōu)點(diǎn)如下：

• RDB文件數(shù)據(jù)是被壓縮寫入的，因此RDB文件的體積要比整個實(shí)例內(nèi)存要小

• 當(dāng)實(shí)例宕機(jī)恢復(fù)時(shí)，加載RDB文件的速度很快，能夠在很短時(shí)間內(nèi)迅速恢復(fù)文件中的數(shù)據(jù)

它的缺點(diǎn)也很明顯：

• 由于是某一時(shí)刻的數(shù)據(jù)快照，因此它的數(shù)據(jù)并不全

• 生成RDB文件的代價(jià)是比較大的，它會消耗大量的CPU和內(nèi)存資源

因此RDB比較適用于以下場景：

• 主從全量同步數(shù)據(jù)

• 數(shù)據(jù)庫備份

• 對于丟失數(shù)據(jù)不敏感的業(yè)務(wù)場景，實(shí)例宕機(jī)后快速恢復(fù)數(shù)據(jù)

Redis主從全量同步數(shù)據(jù)就是使用RDB文件進(jìn)行的，我們會在后面的文章詳細(xì)講到，關(guān)注公眾號Java技術(shù)棧第一時(shí)間推送。

由此可以看出，RDB非常適合做數(shù)據(jù)備份，我們可以定時(shí)讓Redis生成RDB文件，然后備份這個快照文件即可。

定時(shí)生成RDB

Redis也提供了定時(shí)觸發(fā)生成RDB文件的配置項(xiàng)：

#?最近15分鐘內(nèi)?至少產(chǎn)生1次寫入?? save?900?1?? #?最近5分鐘內(nèi)?至少產(chǎn)生10次寫入?? save?300?10?? #?最近1分鐘內(nèi)?至少產(chǎn)生10000次寫入?? save?60?10000??

如果達(dá)到以上任意條件，則Redis會自動生成新的RDB文件，降低RDB數(shù)據(jù)內(nèi)容與實(shí)例數(shù)據(jù)的差異。

Copy On Write

在Redis上執(zhí)行save和bgsave命令都可以生成RDB文件，但前者是在前臺執(zhí)行的，也就是說在生成RDB文件時(shí)，會阻塞整個實(shí)例，在RDB未生成之前，任何請求都是無法處理的，對于內(nèi)存很大的實(shí)例，生成RDB文件非常耗時(shí)，顯然這是我們不能接受的。

所以通常我們會選擇執(zhí)行bgsave讓Redis在后臺生成RDB文件，這樣Redis依舊可以處理客戶端請求，不會阻塞整個實(shí)例。

但不是說后臺生成RDB就是沒有代價(jià)的，Redis為了實(shí)現(xiàn)后臺把內(nèi)存數(shù)據(jù)的快照寫入文件，采用了操作系統(tǒng)提供的Copy On Write技術(shù)，也就是我們熟知的fork系統(tǒng)調(diào)用。

fork系統(tǒng)調(diào)用會產(chǎn)生一個子進(jìn)程，它與父進(jìn)程共享相同的內(nèi)存地址空間，這樣子進(jìn)程在這一時(shí)刻就能擁有與父進(jìn)程的相同的內(nèi)存數(shù)據(jù)。

雖然子進(jìn)程與父進(jìn)程共享同一塊內(nèi)存地址空間，但在fork子進(jìn)程時(shí)，操作系統(tǒng)需要拷貝父進(jìn)程的內(nèi)存頁表給子進(jìn)程，如果整個Redis實(shí)例內(nèi)存占用很大，那么它的內(nèi)存頁表也會很大，在拷貝時(shí)就會比較耗時(shí)，同時(shí)這個過程會消耗大量的CPU資源。在完成拷貝之前父進(jìn)程也處于阻塞狀態(tài)，無法處理客戶端請求。

fork執(zhí)行完之后，子進(jìn)程就可以掃描自身所有的內(nèi)存數(shù)據(jù)，然后把全部數(shù)據(jù)寫入到RDB文件中。

之后父進(jìn)程依舊處理客戶端的請求，當(dāng)在處理寫命令時(shí)，父進(jìn)程會重新分配新的內(nèi)存地址空間，從操作系統(tǒng)申請新的內(nèi)存使用，不再與子進(jìn)程共享，這個過程就是Copy On Write（寫實(shí)復(fù)制）名字的由來。這樣父子進(jìn)程的內(nèi)存就會逐漸分離，父進(jìn)程申請新的內(nèi)存空間并更改內(nèi)存數(shù)據(jù)，子進(jìn)程的內(nèi)存數(shù)據(jù)不受影響。

由此可以看出，在生成RDB文件時(shí)，不僅消耗CPU資源，還有需要占用最多一倍的內(nèi)存空間。

我們在Redis執(zhí)行info命令，可以看到fork子進(jìn)程的耗時(shí)，可以通過這個耗時(shí)來評估fork時(shí)間是否符合預(yù)期。同時(shí)我們應(yīng)該保證Redis機(jī)器擁有足夠的CPU和內(nèi)存資源，并合理設(shè)置生成RDB的時(shí)機(jī)。

AOF

介紹

AOF全稱為Append Only File（追加日志文件）。它與RDB不同的是，AOF中記錄的是每一個命令的詳細(xì)信息，包括完整的命令類型、參數(shù)等。只要產(chǎn)生寫命令，就會實(shí)時(shí)寫入到AOF文件中。

我們可以通過配置文件開啟AOF：

#?開啟AOF?? appendonly?yes??#?AOF文件名?? appendfilename?"appendonly.aof"??#?文件刷盤方式?? appendfsync?everysec??

刷盤方式

開啟AOF后，Redis會把每個寫操作的命令記錄到文件并持久化到磁盤中，為了保證數(shù)據(jù)文件的安全性，Redis還提供了文件刷盤的時(shí)機(jī)：

• appendfsync always：每次寫入都刷盤，對性能影響最大，占用磁盤IO比較高，數(shù)據(jù)安全性最高

• appendfsync everysec：1秒刷一次盤，對性能影響相對較小，節(jié)點(diǎn)宕機(jī)時(shí)最多丟失1秒的數(shù)據(jù)

• appendfsync no：按照操作系統(tǒng)的機(jī)制刷盤，對性能影響最小，數(shù)據(jù)安全性低，節(jié)點(diǎn)宕機(jī)丟失數(shù)據(jù)取決于操作系統(tǒng)刷盤機(jī)制

以上可以看出AOF相對于RDB的優(yōu)點(diǎn)是，AOF數(shù)據(jù)文件更新比較及時(shí)，比RDB保存更完整的數(shù)據(jù)，這樣在數(shù)據(jù)恢復(fù)時(shí)能夠恢復(fù)盡量完整的數(shù)據(jù)，降低丟失數(shù)據(jù)的風(fēng)險(xiǎn)。

如果同時(shí)存在RDB文件和AOF文件，Redis會優(yōu)先使用AOF文件進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)。

但它的缺點(diǎn)也很易見：

• 隨著時(shí)間增長，AOF文件會越來越大

• AOF文件刷盤會增加磁盤IO的負(fù)擔(dān)，可能影響Redis的性能（開啟每秒刷盤時(shí)）

AOF重寫

針對第一種情況，Redis提供了AOF瘦身的功能，可以設(shè)置在AOF文件很大時(shí)，自動觸發(fā)AOF重寫，Redis會掃描整個實(shí)例的數(shù)據(jù)，重新生成一個AOF文件達(dá)成瘦身的效果。但這個重寫過程也需要消耗大量的CPU資源。

#?AOF文件距離上次文件增長超過多少百分比則觸發(fā)重寫?? auto-aof-rewrite-percentage?100?? #?AOF文件體積最小多大以上才觸發(fā)重寫?? auto-aof-rewrite-min-size?64mb??

由于AOF可以最大可能降低丟失數(shù)據(jù)的風(fēng)險(xiǎn)，所以它一般適用于對丟失數(shù)據(jù)很敏感的業(yè)務(wù)場景，例如涉及金錢交易的業(yè)務(wù)。

性能影響

如果AOF的刷盤時(shí)機(jī)設(shè)置為每次寫入都刷盤，那么會大大降低Redis的寫入性能，因?yàn)槊看螌懨疃夹枰獙懭胛募⑺⒌酱疟P中才會返回，當(dāng)寫入量很大時(shí)，會增加磁盤IO的負(fù)擔(dān)。

性能與數(shù)據(jù)安全不能兼得，雖然Redis提供了實(shí)時(shí)刷盤的機(jī)制，但是在真正場景中使用的不多。

通常我們會選擇每秒刷盤這種方式，既能保證良好的寫入性能，在實(shí)例宕機(jī)時(shí)最多丟失1秒的數(shù)據(jù)，做到性能和安全的平衡。

總結(jié)

我們對RDB和AOF的總結(jié)如下表。

我們需要針對不同的業(yè)務(wù)場景選擇合適的持久化方式，也可以根據(jù)RDB和AOF的優(yōu)點(diǎn)配合使用，保證Redis數(shù)據(jù)的安全性，又可以兼顧它的性能。

作者：Kaito
鏈接：kaito-kidd.com/2020/06/29/redis-persistence-rdb-aof/

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總結(jié)

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