redis 持久化详解,RDB和AOF是什么？他们优缺点是什么？运行流程是什么？

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形成的数据丢失问题，当下次重启时利用以前持久化文件便可实现数据恢复。
1. RDB是什么

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。

1.1.1 触发机制

手动触发分别对应save和bgsave命令：
save命令：阻塞当前Redis服务器，知道RDB过程完成为止，对于内存比较大的实例会形成长时间阻塞，先上环境不建议使用。运行save命令对应Redis日志以下：
DB saved on disk
bgsave命令：Redis进程执行fork操做建立子进程，RDB持久化过程由子进程负责，完成后自动结束。阻塞只发生在fork阶段，一段时间很短。运行bgsave名字对应的Redis日志以下：
Background saving started by pid 3152
DB saved on disk
RDB: 0MB of memory userd by copy-on-write
Background saving terminated with success
bgsave命令是针对save阻塞问题作的优化。所以Redis内部全部涉及到RDB操做都采用bgsave的方式，而save命令能够废弃。
Redis内部还存在自动触发RDB的持久化机制，例如一下场景:
1) 使用save相关配置，如‘save m n’表示m秒以内数据集存在n次修改时，自动触发bgsave。
2）若是从节点执行全量复制操做，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命令从新加载Redis时，也会自动触发save操做。
4）默认状况下执行shutdown命令时，若是没有开启AOF持久化功能则自动执行bgsave。

1.1.2 bgsave流程说明

bgsave是主流的触发RDB持久化方式，下图是运做流程

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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，如只RDB/AOF子进程，若是存在bgsave命令直接返回。
2) 父进程执行fork操做建立子进程，fork操做过程当中父进程会阻塞，经过info stats命令查看latest_fork_usec选项，能够获取最近一个fork以操做的耗时，单位为微秒。
3) 父进程仍fork完成后，bgsave命令返回“Background saving started”信息并再也不阻塞父进程，能够继续响应其余命令。
4) 子进程建立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命令能够获取最后一次生成尺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衣示完成，父进程更新统计信息，具体见info Persistence下的rdb_*相关选项。
1.1.3 RDB文件处理

保存：RDB文件保存在dir配置指定的目录下，文件名经过dbfilename配置指定。能够经过执行config set dir {newDir} 和 config set dbfilename {newFileName}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文件作压缩处理，压缩后的文件远远小于内存大小，默认开启，能够经过参数config set rdbcompression {yes|no}动态修改。
校验：若是Redis加载损坏的RDB文件时拒绝启动，并打印以下日志：

Short read or OOM loading DB. Unrecoverable error , aborting now.

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

1.1.4 RDB的优缺点

RDB的优势:

RDB是一个紧凑压缩的二进制文件，表明Redis在某一个时间点上的数据快照。很是适合用于备份，全量复制等场景。好比每6小时执行bgsave备份，并把RDB文件拷贝到远程机器或者文件系统中（如hdfs），用于灾难恢复。
Redis加载RDB恢复数据远远快于AOF方式。

RDB的缺点

RDB方式数据没办法作到实时持久化/秒级持久化。由于bgsave每次运行都要执行fork操做建立子进程，属于重量级操做，频繁执行成本太高。
RDB文件使用特定二进制格式保存，Redis版本演进过程当中有多个格式的RDB笨笨，存在老版本Redis服务没法兼容新版RDB格式的问题。

针对RDB不适合实时持久化的问题，Redis提供了AOF持久化方式来解决

2. AOF是什么

AOF(append only file)持久化：以独立日志的方式记录每次写命令，重启时再从新执行AOF文件中命令达到恢复数据的目的。AOF的主要做用是解决了数据持久化的实时性，目前已是Redis持久化的主流方式。

2.1.1 使用AOF

开启AOF功能须要设置配置：appendonly yes,默认不开启。AOF文件经过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。经过dir配置指定。AOF的工做流程操做：命令写入（append）、文件同步（sync）、文件重写（rewrite）、重启加载（load）,工做流程以下：

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流程以下：
1） 全部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作同步操做。
3） 随着AOF文件愈来愈大，须要按期对AOF文件进行重写，达到压缩的目的。
4） 当Redis服务重启时，能够加载AOF文件进行数据恢复。了解AOF工做流程以后，下面针对每一个步骤作详细介绍。
2.1.2 命令写入

AOF命令写入的内容直接是文本协议格式。例如set hello world 这条命令，在AOF缓冲区会追加以下文本：

rn$3\r\nset\r\n$5rnhellorn$5rnworldrn

介绍关于AOF的连个疑惑：
1） AOF为何直接采用文本协议格式？可能的理由以下：

文本协议具备很好的兼容性。
开启AOF后，全部写入命令都包含追加操做，直接采用协议格式，避免二次处理开销。
文本协议具备可读性，方便直接修改和处理。

2） AOF为何把命令追加到aof_buf中？Redis使用单线程响应命令，若是每次写AOF文件命令都直接追加到硬盘，那么性能彻底取决于当前硬盘负载。县写入缓冲区aof_buf中，还有另外一个好处，Redis能够提供多种缓冲区同步硬盘的策略，在性能和安全性方面作出平衡。

2.1.3 文件同步

Redis提供了多种AOF缓冲区同步文件策略，由参数appendfsync控制，不一样值的含义如表所示

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系统调用writ和fsync说明：

write操做会处罚延迟写（delayed write）机制，Linux在内核提供页缓冲区用来提升硬盘IO性能。write操做在写入系统缓冲区后直接返回。同步硬盘操做依赖于系统调度机制，列如：缓冲区页空间写满或达到特定时间周期。同步文件以前，若是此时系统故障宕机，缓冲区内数据将丢失。
fsync针对单个文件操做（好比AOF文件），作强制硬盘同步，fsync将阻塞知道写入硬盘完成后返回，保证了数据持久化。

除了write、fsync、Linx还提供了sync、fdatasync操做，具体API说明参见：http://linux.die.net/man/2/write

配置为always时，每次写入都要同步AOF文件，在通常的STAT硬盘上，Redis只能支持大约几百TPS写入，显然跟Redis高性能特性背道而驰，不建议配置。
配置为no,因为操做系统每次同步AOF文件的周期不可控，并且会极大每次同步硬盘的数据量，虽然提高了性能，但数据安全性没法保证。
配置为everysec,是建议的同步策略，也是默认配置，作到兼顾性能和数据安全性，理论上只有在系统忽然宕机的状况下丢失1s的数据。（严格来讲最多丢失1s数据是不许确）
2.1.4 重写机制

随着命令不断写入AOF，文件会愈来愈大，为了解决这个问题，Redis引入了AOF重写机制压缩文件体积。AOF文件重写是吧Redis进程内的数据转化为写命令同步到新AOF文件的过程。
重写后的AOF文件为何能够变下？有以下缘由：
1） 进程内已经超时的数据再也不写文件。
2）旧的AOF文件含有无效命令，如del key一、 hdel key二、srem keys、set a 1十一、set a 222等。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) 多条写命令能够合并为一个，如lpush list a、lpush list b、 lpush list c 能够转化为：lpush list a b c。为了防止但挑明了过大形成客户端缓冲区溢出，对于list、set、hash、zset等类型曹组，以64个元素为界拆分为多条。 
AOF重写下降了文件占用空间，除此以外，另外一个目的是：更小的AOF文件能够更快地被Redis加载。
AOF重写过程能够手动触发和自动触发：

手动触发：直接调用bgrewriteaof命令
自动触发：更具auto-aof-rewrite-min-size和auto-aof-rewrite-percentage参数肯定自动触发时机
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:表明当前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能够再info Persistence统计信息中查看。
当触发AOF重写时，内部作了那些事？下面结合图介绍它的运行流程：

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流程说明：
1）执行AOF重写请求。
若是当前进程正在执行AOF重写，请求不执行并返回以下响应:

ERR Background append only file rewriting already in progress

若是当前进程正在执行bgsave操做，重写命令延迟到bgsave完成后再执行，返回以下响应：

Background append only file rewriting scheduled

2) 父进程执行fork建立子进程，开销等同于bgsave过程。
3.1） 主进程fork操做完成后，继续响应其余命令。全部修改命令依然写入AOF缓冲区并更具appendfsync策略同步到硬盘，保证原有AOF机制正确性。
3.2） 因为fork操做运用写时复制技术，子进程只能共享fork操做时的内存数据。因为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形成硬盘阻塞。
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。

2.1.5 重启加载

AOF和RDB文件均可以用于服务器重启时的数据恢复。如图所示，表示Redis持久化文件加载流程：

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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，打印以下日志：

DB loaded from append only file: 5.841 seconds

2） AOF关闭或者AOF文件不存在时，加载RDB文件，打印以下日志：

DB loaded from disk:5.586 seconds

3） 加载AOF/RDB文件城后，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

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