吃透Redis系列（五）：RDB和AOF持久化详细介绍

Redis系列文章：

吃透Redis系列（一）：Linux下Redis安装

吃透Redis系列（二）：Redis六大数据类型详细用法

吃透Redis系列（三）：Redis管道，发布/订阅，事物，过期时间 详细介绍

吃透Redis系列（四）：布隆（bloom）过滤器详细介绍

吃透Redis系列（五）：RDB和AOF持久化详细介绍

吃透Redis系列（六）：主从复制详细介绍

吃透Redis系列（七）：哨兵机制详细介绍

吃透Redis系列（八）：集群详细介绍

吃透Redis系列（九）：Redis代理twemproxy和predixy详细介绍

吃透Redis系列（十）：Redis内存模型详细介绍

吃透Redis系列（十一）：Jedis和Lettuce客户端详细介绍

由于 Redis 是一个内存数据库，所谓内存数据库，就是将数据库中的内容保存在内存中，这与传统的MySQL，Oracle等关系型数据库直接将内容保存到硬盘中相比，内存数据库的读写效率比传统数据库要快的多（内存的读写效率远远大于硬盘的读写效率）。但是保存在内存中也随之带来了一个缺点，一旦断电或者宕机，那么内存数据库中的数据将会全部丢失。

为了解决这个缺点，Redis提供了将内存数据持久化到硬盘，以及用持久化文件来恢复数据库数据的功能。Redis 支持两种形式的持久化，一种是RDB快照（snapshotting），另外一种是AOF（append-only-file）。

介绍持久化之前，我们先要了解一下Linux中fork()和copy on write

前置知识：Linux中fork()系统调用和内核的copy on write机制

我们可以输入man fork来查看linux中提供的fork()函数：

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

pid_t fork(void);

在Linux中，可以通过fork()系统调用来创建一个子进程，子进程的所有数据（变量、环境变量、程序计数器等）数值都和父进程一致。其中父子进程之间的数据有如下特点：

• 父进程的数据，子进程可以看到
• 父进程修改数据，子进程看不到，子进程修改数据，父进程也看不到

对于如上结论，我们可以做如下解释：

1，假设当前有一个redis进程，在此进程内有一个变量a，放在进程内的虚拟内存编号为3的位置，指向物理内存地址为8的位置，值为x，即a=x;

2，当前redis进程通过fork()系统调用创建出一个子进程，当前子进程和父进程肯定都是指向物理内存地址8的位置：

3，当子进程中修改a的值改为y时，系统则为y申请了一块新的内存空间，子进程a的值则指向新的物理内存地址为9的y值，但是父进程依然是指向物理内存地址为8的x的值：

内核的copy on write机制：

也就是写时复制技术：内核只为新生成的子进程创建虚拟空间结构，它们来复制于父进程的虚拟空间结构，但是不为这些段分配物理内存，它们共享父进程的物理空间，当父子进程中有更改相应段的行为发生时，再为子进程相应的段分配物理空间。

RDB方式

RDB是Redis用来进行持久化的一种方式，是把当前内存中的数据集快照写入磁盘，也就是 Snapshot 快照（数据库中所有键值对数据）。恢复时是将快照文件直接读到内存里。

其实现原理是：当前Redis进程fork()创建出一个子进程，通过子进程把内存中的数据写入磁盘进行持久化，通过上面的前置知识，我们已经了解当父进程fork出子进程时，父子进程之间的数据是相互隔离的，父进程依然可以对外提供服务，当父进程有数据修改时，父进程会重新开辟一块内存来存储，不过此时子进程是不知道父进程的修改的，子进程依然是备份的父进程修改之前的数据！

RDB促发方式

RDB 有两种触发方式，分别是自动触发和手动触发。

自动触发

在 redis.conf 配置文件中的 SNAPSHOTTING 下，我们可以对其配置：

################################ SNAPSHOTTING  ################################
#
# Save the DB on disk:
#
#   save <seconds> <changes>
#
#   Will save the DB if both the given number of seconds and the given
#   number of write operations against the DB occurred.
#
#   In the example below the behaviour will be to save:
#   after 900 sec (15 min) if at least 1 key changed
#   after 300 sec (5 min) if at least 10 keys changed
#   after 60 sec if at least 10000 keys changed
#
#   Note: you can disable saving completely by commenting out all "save" lines.
#
#   It is also possible to remove all the previously configured save
#   points by adding a save directive with a single empty string argument
#   like in the following example:
#
#   save ""

save 900 1
save 300 10
save 60 10000

# By default Redis will stop accepting writes if RDB snapshots are enabled
# (at least one save point) and the latest background save failed.
# This will make the user aware (in a hard way) that data is not persisting
# on disk properly, otherwise chances are that no one will notice and some
# disaster will happen.
#
# If the background saving process will start working again Redis will
# automatically allow writes again.
#
# However if you have setup your proper monitoring of the Redis server
# and persistence, you may want to disable this feature so that Redis will
# continue to work as usual even if there are problems with disk,
# permissions, and so forth.
stop-writes-on-bgsave-error yes

# Compress string objects using LZF when dump .rdb databases?
# For default that's set to 'yes' as it's almost always a win.
# If you want to save some CPU in the saving child set it to 'no' but
# the dataset will likely be bigger if you have compressible values or keys.
rdbcompression yes

# Since version 5 of RDB a CRC64 checksum is placed at the end of the file.
# This makes the format more resistant to corruption but there is a performance
# hit to pay (around 10%) when saving and loading RDB files, so you can disable it
# for maximum performances.
#
# RDB files created with checksum disabled have a checksum of zero that will
# tell the loading code to skip the check.
rdbchecksum yes

# The filename where to dump the DB
dbfilename dump.rdb

# Remove RDB files used by replication in instances without persistence
# enabled. By default this option is disabled, however there are environments
# where for regulations or other security concerns, RDB files persisted on
# disk by masters in order to feed replicas, or stored on disk by replicas
# in order to load them for the initial synchronization, should be deleted
# ASAP. Note that this option ONLY WORKS in instances that have both AOF
# and RDB persistence disabled, otherwise is completely ignored.
#
# An alternative (and sometimes better) way to obtain the same effect is
# to use diskless replication on both master and replicas instances. However
# in the case of replicas, diskless is not always an option.
rdb-del-sync-files no

# The working directory.
#
# The DB will be written inside this directory, with the filename specified
# above using the 'dbfilename' configuration directive.
#
# The Append Only File will also be created inside this directory.
#
# Note that you must specify a directory here, not a file name.
dir /var/lib/redis/6379

1，save：

这里是用来配置触发 Redis的 RDB 持久化条件，也就是什么时候将内存中的数据保存到硬盘。比如“save m n”。表示m秒内数据集存在n次修改时，自动触发bgsave（这个命令下面会介绍，手动触发RDB持久化的命令）

默认如下配置：

save 900 1：表示900 秒内如果至少有 1 个 key 的值变化，则保存
save 300 10：表示300 秒内如果至少有 10 个 key 的值变化，则保存
save 60 10000：表示60 秒内如果至少有 10000 个 key 的值变化，则保存

当然如果你只是用Redis的缓存功能，不需要持久化，那么你可以注释掉所有的 save 行来停用保存功能。可以直接一个空字符串来实现停用：save “”

2，stop-writes-on-bgsave-error ：

默认值为yes。当启用了RDB且最后一次后台保存数据失败，Redis是否停止接收数据。这会让用户意识到数据没有正确持久化到磁盘上，否则没有人会注意到灾难（disaster）发生了。如果Redis重启了，那么又可以重新开始接收数据了

3，rdbcompression：

默认值是yes。对于存储到磁盘中的快照，可以设置是否进行压缩存储。如果是的话，redis会采用LZF算法进行压缩。如果你不想消耗CPU来进行压缩的话，可以设置为关闭此功能，但是存储在磁盘上的快照会比较大。

4，rdbchecksum：

默认值是yes。在存储快照后，我们还可以让redis使用CRC64算法来进行数据校验，但是这样做会增加大约10%的性能消耗，如果希望获取到最大的性能提升，可以关闭此功能。

5，dbfilename

设置快照的文件名，默认是 dump.rdb

6，dir

设置快照文件的存放路径，这个配置项一定是个目录，而不能是文件名。默认是和当前配置文件保存在同一目录

也就是说通过在配置文件中配置的 save 方式，当实际操作满足该配置形式时就会进行 RDB 持久化，将当前的内存快照保存在 dir 配置的目录中，文件名由配置的 dbfilename 决定。

手动触发

手动触发Redis进行RDB持久化的命令有两种：

save

该命令会阻塞当前Redis服务器，执行save命令期间，Redis不能处理其他命令，直到RDB过程完成为止。

显然该命令对于内存比较大的实例会造成长时间阻塞，这是致命的缺陷，为了解决此问题，Redis提供了第二种方式。

bgsave

执行该命令时，Redis会在后台异步进行快照操作，快照同时还可以响应客户端请求。具体操作是Redis进程执行fork操作创建子进程，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，一般时间很短。

基本上 Redis 内部所有的RDB操作都是采用 bgsave 命令

恢复数据

将备份文件 (dump.rdb) 移动到 redis 安装目录并启动服务即可，redis就会自动加载文件数据至内存了。Redis 服务器在载入 RDB 文件期间，会一直处于阻塞状态，直到载入工作完成为止。

获取 redis 的安装目录可以使用 config get dir 命令

载入的标识是如下命令：

RDB优缺点

优点：

• RDB是一个非常紧凑(compact)的文件，它保存了redis 在某个时间点上的数据集。这种文件非常适合用于进行备份和灾难恢复。
• 生成RDB文件的时候，redis主进程会fork()一个子进程来处理所有保存工作，主进程不需要进行任何磁盘IO操作。
• RDB 在恢复大数据集时的速度比 AOF 的恢复速度要快。

缺点：

• RDB方式数据没办法做到实时持久化/秒级持久化。因为bgsave每次运行都要执行fork操作创建子进程，属于重量级操作，如果不采用压缩算法(内存中的数据被克隆了一份，大致2倍的膨胀性需要考虑)，频繁执行成本过高(影响性能)
• 不支持拉链，只有一个文件保存dump.rdb
• 在一定间隔时间做一次备份，所以如果redis意外down掉的话，就会丢失最后一次快照后的所有修改(数据有丢失)

RDB 自动保存的原理

Redis有个服务器状态结构：

struct redisService{
    
    
     //1、记录保存save条件的数组
     struct saveparam *saveparams;
     //2、修改计数器
     long long dirty;
     //3、上一次执行保存的时间
     time_t lastsave;
 
}

首先看记录保存save条件的数组 saveparam，里面每个元素都是一个 saveparams 结构：

struct saveparam{
    
    
     //秒数
     time_t seconds;
     //修改数
     int changes;
};

前面我们在 redis.conf 配置文件中进行了关于save 的配置：

save 900 1：表示900 秒内如果至少有 1 个 key 的值变化，则保存
save 300 10：表示300 秒内如果至少有 10 个 key 的值变化，则保存
save 60 10000：表示60 秒内如果至少有 10000 个 key 的值变化，则保存

那么服务器状态中的saveparam 数组将会是如下的样子：

dirty 计数器和lastsave 属性:

dirty 计数器记录距离上一次成功执行 save 命令或者 bgsave 命令之后，Redis服务器进行了多少次修改（包括写入、删除、更新等操作）。

lastsave 属性是一个时间戳，记录上一次成功执行 save 命令或者 bgsave 命令的时间。

通过这两个命令，当服务器成功执行一次修改操作，那么dirty 计数器就会加 1，而lastsave 属性记录上一次执行save或bgsave的时间，Redis 服务器还有一个周期性操作函数 severCron ,默认每隔 100 毫秒就会执行一次，该函数会遍历并检查 saveparams 数组中的所有保存条件，只要有一个条件被满足，那么就会执行 bgsave 命令。

执行完成之后，dirty 计数器更新为 0 ，lastsave 也更新为执行命令的完成时间。

AOF方式

RDB是通过保存数据库中的键值对来记录数据库的状态。而另一种持久化方式 AOF 则是通过保存Redis服务器所执行的写命令来记录数据库状态。

比如对于如下命令：

127.0.0.1:6379> set k1 q
OK
127.0.0.1:6379> set k2 1
OK
127.0.0.1:6379> incr k2
(integer) 2
127.0.0.1:6379> get k2
"2"
127.0.0.1:6379> 

RDB 持久化方式就是将 str1,str2,str3 这三个键值对保存到 RDB文件中，而 AOF 持久化则是将执行的 set,sadd,lpush 三个命令保存到 AOF 文件中，appendonly.aof文件：

*2
$6
SELECT
$1
0
*3
$3
set
$2
k1
$1
q
*3
$3
set
$2
k2
$1
1
*2
$4
incr
$2
k2

AOF配置

打开6379.config中append only model处：

• **appendonly：**默认值为no，也就是说redis 默认使用的是rdb方式持久化，如果想要开启 AOF 持久化方式，需要将 appendonly 修改为 yes。
• **appendfilename：aof：**文件名，默认是"appendonly.aof"
• **appendfsync：**aof持久化策略的配置，no表示不执行fsync，由操作系统保证数据同步到磁盘，速度最快，但是不太安全。always表示每次写入都执行fsync，以保证数据同步到磁盘，效率很低。everysec表示每秒执行一次fsync，可能会导致丢失这1s数据。通常选择 everysec ，兼顾安全性和效率。
• **no-appendfsync-on-rewrite：**在aof重写或者写入rdb文件的时候，会执行大量IO，此时对于everysec和always的aof模式来说，执行fsync会造成阻塞过长时间，no-appendfsync-on-rewrite字段设置为默认设置为no。如果对延迟要求很高的应用，这个字段可以设置为yes，否则还是设置为no，这样对持久化特性来说这是更安全的选择。 设置为yes表示rewrite期间对新写操作不fsync,暂时存在内存中,等rewrite完成后再写入，默认为no，建议yes。Linux的默认fsync策略是30秒。可能丢失30秒数据。默认值为no。
• **auto-aof-rewrite-percentage：**默认值为100。aof自动重写配置，当目前aof文件大小超过上一次重写的aof文件大小的百分之多少进行重写，即当aof文件增长到一定大小的时候，Redis能够调用bgrewriteaof对日志文件进行重写。当前AOF文件大小是上次日志重写得到AOF文件大小的二倍（设置为100）时，自动启动新的日志重写过程。
• **auto-aof-rewrite-min-size：**64mb。设置允许重写的最小aof文件大小，避免了达到约定百分比但尺寸仍然很小的情况还要重写。
• **aof-load-truncated：**aof文件可能在尾部是不完整的，当redis启动的时候，aof文件的数据被载入内存。重启可能发生在redis所在的主机操作系统宕机后，尤其在ext4文件系统没有加上data=ordered选项，出现这种现象 redis宕机或者异常终止不会造成尾部不完整现象，可以选择让redis退出，或者导入尽可能多的数据。如果选择的是yes，当截断的aof文件被导入的时候，会自动发布一个log给客户端然后load。如果是no，用户必须手动redis-check-aof修复AOF文件才可以。默认值为 yes。
• aof-use-rdb-preamble： 默认yes，在Redis4.0之后，新增了RDB-AOF混合持久化方式，这种方式结合了RDB和AOF的优点，既能快速加载又能避免丢失过多的数据。当开启混合持久化时，主进程先fork出子进程将现有内存副本全量以RDB方式写入aof文件中，然后将缓冲区中的增量命令以AOF方式写入aof文件中，写入完成后通知主进程更新相关信息，并将新的含有 RDB和AOF两种格式的aof文件替换旧的aof文件。

开启AOF

将 redis.conf 的 appendonly 配置改为 yes 即可。

AOF 保存文件的位置和 RDB 保存文件的位置一样，都是通过 redis.conf 配置文件的 dir 配置：

AOF重写

由于AOF持久化是Redis不断将写命令记录到 AOF 文件中，随着Redis不断的进行，AOF 的文件会越来越大，文件越大，占用服务器内存越大以及 AOF 恢复要求时间越长。为了解决这个问题，Redis新增了重写机制，当AOF文件的大小超过所设定的阈值时，Redis就会启动AOF文件的内容压缩，只保留可以恢复数据的最小指令集。可以使用命令 bgrewriteaof 来重新。

也就是说 AOF 文件重写并不是对原文件进行重新整理，而是直接读取服务器现有的键值对，然后用一条命令去代替之前记录这个键值对的多条命令，生成一个新的文件后去替换原来的 AOF 文件。

AOF 文件重写触发机制：通过 redis.conf 配置文件中的 auto-aof-rewrite-percentage：默认值为100，以及auto-aof-rewrite-min-size：64mb 配置，也就是说默认Redis会记录上次重写时的AOF大小，默认配置是当AOF文件大小是上次rewrite后大小的一倍且文件大于64M时触发。

这里再提一下，我们知道 Redis 是单线程工作，如果 重写 AOF 需要比较长的时间，那么在重写 AOF 期间，Redis将长时间无法处理其他的命令，这显然是不能忍受的。Redis为了克服这个问题，解决办法是将 AOF 重写程序放到子程序中进行，这样有两个好处：

• 子进程进行 AOF 重写期间，服务器进程（父进程）可以继续处理其他命令。
• 子进程带有父进程的数据副本，使用子进程而不是线程，可以在避免使用锁的情况下，保证数据的安全性。

使用子进程解决了上面的问题，但是新问题也产生了：因为子进程在进行 AOF 重写期间，服务器进程依然在处理其它命令，这新的命令有可能也对数据库进行了修改操作，使得当前数据库状态和重写后的 AOF 文件状态不一致。

为了解决这个数据状态不一致的问题，Redis 服务器设置了一个 AOF 重写缓冲区，这个缓冲区是在创建子进程后开始使用，当Redis服务器执行一个写命令之后，就会将这个写命令也发送到 AOF 重写缓冲区。当子进程完成 AOF 重写之后，就会给父进程发送一个信号，父进程接收此信号后，就会调用函数将 AOF 重写缓冲区的内容都写到新的 AOF 文件中。

这样将 AOF 重写对服务器造成的影响降到了最低。