Redis学习 RDB和AOF两种持久化介绍以及实现

比眉伴天荒 2022-02-23 15:36 65阅读 0赞

# 前言 #

以下笔记以及实验皆出自于 **中华石杉**大佬的视频教学，我跟着做了实验，并且把课上的笔记整理了一下。

# 更多阅读 #

*  [Redis学习 安装与简单命令的使用（一）][Redis_]
 *  [实验环境搭建][Link 1]
 *  [更多redis的高可用文档][redis]

## redis持久化对于灾难恢复的意义 ##

redis有一个持久化的功能，在很多的视频和资料中都有对持久化的介绍，那么持久化对于什么样场景有着重大的意义呢？

## 故障发生的时候会怎么样 ##

在实际的情况中有着这样的情况，redis突然挂掉了，进程死了，或者所在的机器没了，遇到了灾难性的故障，因为redis的数据存在内存中

这时候内存中的数据就都没有了，很重要的缓存数据等等，redis会重启，重启之后要费很大的劲去恢复，如果单单把数据放到内存中，

是没有任何办法应对一些灾难性的故障的，所以redis中的持久化是很重要的。再通过定期备份数据，是可以恢复一部分数据的。

**意义**

在企业级的redis集群架构中，持久化的主要意义就是做灾难恢复，数据恢复。

## redis中RDB和AOF两种持久化的介绍 ##

RDB持久化机制，**对redis中的数据执行周期性的持久化存储**，而且是完整的数据存储。 意思是假如每隔一个小时就存储一份现在redis内存中的全部数据。

![图解][55392671-59a10880-556e-11e9-80bd-e3c64ede497f.png]

AOF机制对每条写入命令作为日志，以append-only的模式写入一个日志文件中，在redis重启的时候，可以通过回放AOF日志中的写入指令来重新构建整个数据集

AOF的机制只对一个AOF日志文件做写入（仅追加 append-only）操作，在liunx系统中，中间会经过os cache然后才会写入磁盘中，AOF文件存放的是redis的写入指令。

假如内存中的数据最多存放1G，那么AOF文件的大小也将会被控制在1G范围之内，当内存中的数据超过1G的时候，AOF会利用一种缓存淘汰算法（LRU）  
将最不常用的数据清除,而AOF的rewrite操作会基于redis清除后的内存中的数据重新构造一个更小的AOF文件，然后将旧的文件删除。

如果redis挂了，服务器上的内存和磁盘上的数据都丢了，可以从云服务上拷贝回来之前的数据，放到指定的目录中，然后重新启动redis，redis就会自动根据持久化数据文件中的数据，去恢复内存中的数据，继续对外提供服务  
如果同时使用RDB和AOF两种持久化机制，那么在redis重启的时候，会使用AOF来重新构建数据，因为AOF中的数据更加完整。

![RDB和AOF的介绍][RDB_AOF]

## RDB持久化机制的优点 ##

*  RDB会生成多个数据文件，每个数据文件都代表了某一个时刻中redis的数据，这种多个数据文件的方式，非常适合做冷备，可以将这种完整的数据文件发送到一些远程的安全存储上去，比如说Amazon的S3云服务上去，  
    在国内可以是阿里云的ODPS分布式存储上，以预定好的备份策略来定期备份redis中的数据
 *  RDB对redis对外提供的读写服务，影响非常小，可以让redis保持高性能，因为redis主进程只需要fork一个子进程，让子进程执行磁盘IO操作来进行RDB持久化即可
 *  相对于AOF持久化机制来说，直接基于RDB数据文件来重启和恢复redis进程，更加快速

## RDB持久化机制的缺点 ##

*  如果想要在redis故障时，尽可能少的丢失数据，那么RDB没有AOF好。一般来说，RDB数据快照文件，都是每隔5分钟，或者更长时间生成一次，这个时候就得接受一旦redis进程宕机，那么会丢失最近5分钟的数据
 *  RDB每次在fork子进程来执行RDB快照数据文件生成的时候，如果数据文件特别大，可能会导致对客户端提供的服务暂停数毫秒，或者甚至数秒，所以一般不要间隔太长时间进行持久化操作。

## AOF持久化机制的优点 ##

*  AOF可以更好的保护数据不丢失，一般AOF会每隔1秒，通过一个后台线程执行一次fsync操作，最多丢失1秒钟的数据
 *  AOF日志文件以append-only模式写入，所以没有任何磁盘寻址的开销，写入性能非常高，而且文件不容易破损，即使文件尾部破损，也很容易修复
 *  AOF日志文件即使过大的时候，出现后台重写操作，也不会影响客户端的读写。因为在rewrite log的时候，会对其中的指导进行压缩，创建出一份需要恢复数据的最小日志出来。再创建新日志文件的时候，老的日志文件还是照常写入。  
    当新的merge后的日志文件ready的时候，再交换新老日志文件即可。
 *  AOF日志文件的命令通过非常可读的方式进行记录，这个特性非常适合做灾难性的误删除的紧急恢复。比如某人不小心用flushall命令清空了所有数据，只要这个时候后台rewrite还没有发生，那么就可以立即拷贝AOF文件，  
    将最后一条flushall命令给删了，然后再将该AOF文件放回去，就可以通过恢复机制，自动恢复所有数据

## AOF持久化机制的缺点 ##

*  对于同一份数据来说，AOF日志文件通常比RDB数据快照文件更大
 *  AOF开启后，支持的写QPS会比RDB支持的写QPS低，因为AOF一般会配置成每秒fsync一次日志文件，当然，每秒一次fsync，性能也还是很高的
 *  以前AOF发生过bug，就是通过AOF记录的日志，进行数据恢复的时候，没有恢复一模一样的数据出来。所以说，类似AOF这种较为复杂的基于命令日志/merge/回放的方式，比基于RDB每次持久化一份完整的数据快照文件的方式，更加脆弱一些，容易有bug。  
    不过AOF就是为了避免rewrite过程导致的bug，因此每次rewrite并不是基于旧的指令日志进行merge的，而是基于当时内存中的数据进行指令的重新构建，这样健壮性会好很多。

## RDB和AOF到底该如何选择 ##

*  不要仅仅使用RDB，因为那样会导致你丢失很多数据
 *  也不要仅仅使用AOF，因为那样有两个问题，第一，你通过AOF做冷备，没有RDB做冷备，来的恢复速度更快; 第二，RDB每次简单粗暴生成数据快照，更加健壮，可以避免AOF这种复杂的备份和恢复机制的bug
 *  综合使用AOF和RDB两种持久化机制，用AOF来保证数据不丢失，作为数据恢复的第一选择; 用RDB来做不同程度的冷备，在AOF文件都丢失或损坏不可用的时候，还可以使用RDB来进行快速的数据恢复

# 实现redis持久化 #

首先实现Redis中的两种持久化，并且做一些实验来测试一下两种持久化是否生效。  
AOF持久化，默认是关闭的，默认是打开RDB持久化

## RDB持久化 ##

### 如何配置RDB持久化机制 ###

redis.conf文件，也就是/etc/redis/6379.conf，去配置持久化，

这个配置文件以及后面的所有路径都是以我自己的为主。自己的配置文件在哪里自己就在哪去配就可以了，下面的所有的路径都按自己的路径走，不要盲目按照我的来，除非你按照我的环境来搭建的。

找到以下类似配置项，在vi中使用/save即可查找指定的save字符，:noh取消高亮

> save 60 1000

每隔60s，如果有超过1000个key发生了变更，那么就生成一个新的dump.rdb文件，就是当前redis内存中完整的数据快照，  
这个操作也被称之为snapshotting(快照)

也可以手动调用save或者bgsave命令，同步或异步执行rdb快照生成

save可以设置多个，就是多个snapshotting检查点，每到一个检查点，就会去check一下，是否有指定的key数量发生了变更，如果有，  
就生成一个新的dump.rdb文件

### RDB持久化机制的工作流程 ###

*  redis根据配置自己尝试去生成rdb快照文件
 *  fork一个子进程出来
 *  子进程尝试将数据dump到临时的rdb快照文件中
 *  完成rdb快照文件的生成之后，就替换之前的旧的快照文件

dump.rdb，每次生成一个新的快照，都会覆盖之前的老快照

### 基于RDB持久化机制的数据恢复实验 ###

1.  实验1，首先使用命令 redis-cli 进入redis命令行，保存几条数据并且重启redis，看刚刚的数据是否还能查询的到。

$ redis-cli
    $ set k1 v1
    $ set k2 v2
    $ exit
    $ redis-cli SHUTDOWN
    # 进入/etc/init.d文件下，使用redis_6379脚本重启redis
    $ cd /etc/init.d
    $ ./redis_6379 start
    $ redis-cli
    $ get k1
    "v1"
    $ get k2
    "v2"

执行以上命令后，可以看到如果正常退出的redis，数据还在，这是因为通过redis-cli SHUTDOWN这种方式去停掉redis，其实是一种安全退出的模式，  
redis在退出的时候会将内存中的数据立即生成一份完整的rdb快照

1.  实验2，再次在redis中存入几条数据，这次我们使用kill -9 暴力杀死redis的进程并且删除/var/run/redis\_6379.pid文件后，看是否还能查询到数据

$ set k3 v3
    $ set k4 v4
    $ exit
    # 通过ps -ef | grep redis 查看redis的进程
    $ ps -ef | grep redis
    $ kill -9 62789
    # 一定要注意-rf不会提示你删除，确认好文件后在进行删除
    $ rm -rf /var/run/redis_6379.pid 
    # 再次重启redis
    $ cd /etc/init.d
    $ ./redis_6379 start
    $ redis-cli
    $ get k3
    (nil)
    $ get k4
    (nil)

这回保存的新数据都没有了，是因为还没有到配置的检查点的时候，出现了意外，这时候就无法保存rdb文件了，也就丢失了文件，所以这也是RDB的一个缺点。

1.  实验3，设置间隔短的保存点，重启redis进程，并且重复实验2的步骤

$ vi /etc/redis/6379.conf
    # 找到save 60 1000类似的设置后添加以下内容保存退出
    save 5 1
    # 表明每5秒检查一次，只有有一条插入的数据就生成快照文件rdb，即保存了数据。
    $ redis-cli SHUTDOWN
    $ /etc/init.d/redis_6379 start
    # 重复实验2的步骤，插入新的数据

实验3表明RDB的持久化通过我们手动设置，确实保存了内存中的数据，做到了持久化，但是配置中不建议配置间隔这么短的检查点

## AOF持久化 ##

AOF持久化，默认是关闭的，默认是打开RDB持久化

### 如何配置AOF的持久化 ###

在配置文件中找到 **appendonly no**，设置为 **yes** 可以打开AOF持久化机制，在生产环境里面，一般来说AOF都是要打开的，  
除非你说随便丢个几分钟的数据也无所谓打开AOF持久化机制之后，redis每次接收到一条写命令，就会写入日志文件中，当然是先写入os cache的，  
然后每隔一定时间再fsync一下,而且即使AOF和RDB都开启了，redis重启的时候，也是优先通过AOF进行数据恢复的，因为aof数据比较完整

### AOF的fsync策略 ###

在redis的配置文件中找到appendfsync everysec有三种策略提供给我们使用，默认everysec，也是我们经常使用的

*  always: 每次写入一条数据，立即将这个数据对应的写日志fsync到磁盘上去，性能非常非常差，吞吐量很低;  
    如果一定要确保说redis里的数据一条都不丢，那就只能这样了
 *  everysec: 每秒将os cache中的数据fsync到磁盘，这个最常用的，生产环境一般都这么配置，性能很高，QPS还是可以上万的
 *  no:仅仅redis负责将数据写入os cache就撒手不管了，然后后面os自己会时不时有自己的策略将数据刷入磁盘，不可控了

### AOF持久化的数据恢复实验 ###

1.  实验1，先仅仅打开RDB，写入一些数据，然后kill -9杀掉redis进程并且删除/var/run/redis\_6379.pid文件，接着重启redis，发现数据没了，  
    因为RDB快照还没生成，检查点不能太短，否则数据就被保存了，这个就不写命令了，按照上面的RDB实验即可。
2.  实验2，打开AOF的开关，启用AOF的持久化，重启redis进程，写入一些数据，观察AOF文件中的日志内容，kill -9杀掉redis进程，重新启动redis进程，  
    发现数据被恢复回来了，就是从AOF文件中恢复回来的，它们其实就是先写入os cache的，然后1秒后才fsync到磁盘中，只有fsync到磁盘中了，才是安全的，  
    要不然光是在os cache中，机器只要重启，就什么都没了，持久化文件我们配置了在 /var/redis/6379 中

$ vi /etc/redis/6379.conf
    appendonly yes
    $ redis-cli SHUTDOWN
    $ /etc/init.d/redis_6379 start
    $ redis-cli
    $ set mykey1 k1
    $ set mykey2 k2
    $ exit
    $ ps -ef | grep redis
    $ kill -9 32523
    $ rm -rf /var/run/redis_6379.pid
    $ /etc/init.d/redis_6379 start
    $ redis-cli
    $ get mykey1
    "k1"
    $ get mykey2
    "k2"

实验证明了，在我们开启了AOF后，可以在意外发生的时候正常的保存我们的数据，而RDB因为没有到达检查点，并没有保存我们的数据，  
所以生产环境中我们有必要把RDB和AOF两种持久化都开启

### AOF rewrite操作 ###

redis中的数据其实有限的，很多数据可能会自动过期，可能会被用户删除，可能会被redis用缓存清除的算法清理掉，redis中的数据会不断淘汰掉旧的，  
就一部分常用的数据会被自动保留在redis内存中

所以可能很多之前的已经被清理掉的数据，对应的写日志还停留在AOF中，AOF日志文件就一个，会不断的膨胀，到很大很大

所以AOF会自动在后台每隔一定时间做rewrite操作，比如日志里已经存放了针对100w数据的写日志了; redis内存只剩下10万;  
基于内存中当前的10万数据构建一套最新的日志，到AOF中; 覆盖之前的老日志; 确保AOF日志文件不会过大，保持跟redis内存数据量一致

redis 2.4之前，还需要手动，开发一些脚本，crontab，通过BGREWRITEAOF命令去执行AOF rewrite，但是redis 2.4之后，会自动进行rewrite操作

在redis的配置文件中我们可以配置rewrite的策略

*  auto-aof-rewrite-percentage 100，这个属性代表着百分比，增长的百分比到达100%，就是一倍，基于上一次rewrite后文件的大小
 *  auto-aof-rewrite-min-size 64mb，这个属性代表增长后的总大小要大于64mb

**举例**

> 比如说上一次AOF rewrite之后，是128mb  
> 然后就会接着128mb继续写AOF的日志，如果发现增长的比例，超过了之前的100%，256mb，就可能会去触发一次rewrite  
> 但是此时还要去跟min-size，64mb去比较，256mb > 64mb，才会去触发rewrite

**rewrite工作流程**

*  redis fork一个子进程
 *  子进程基于当前内存中的数据，构建日志，开始往一个新的临时的AOF文件中写入日志
 *  redis主进程，接收到client新的写操作之后，在内存中写入日志，同时新的日志也继续写入旧的AOF文件
 *  子进程写完新的日志文件之后，redis主进程将内存中的新日志再次追加到新的AOF文件中
 *  用新的日志文件替换掉旧的日志文件

![AOF rewrite过程详解][AOF rewrite]

**AOF的破损文件的修复**

如果redis在append数据到AOF文件时，机器宕机了，可能会导致AOF文件破损

用redis-check-aof --fix命令来修复破损的AOF文件，这个命令存在于redis的安装包下src文件中

这个破损文件的修复就是把文件中最后面不完整命令给删除掉，所以修复也会导致部分数据丢失，但是总好过所有数据全部丢失。

### AOF和RDB同时工作 ###

*  如果RDB在执行snapshotting操作，那么redis不会执行AOF rewrite; 如果redis再执行AOF rewrite，那么就不会执行RDB snapshotting
 *  如果RDB在执行snapshotting，此时用户执行BGREWRITEAOF命令，那么等RDB快照生成之后，才会去执行AOF rewrite
 *  同时有RDB snapshot文件和AOF日志文件，那么redis重启的时候，会优先使用AOF进行数据恢复，因为其中的日志更完整

1.  实验3，

*  在有rdb的dump和aof的appendonly的同时，rdb里也有部分数据，aof里也有部分数据，这个时候其实会发现，rdb的数据不会恢复到内存中
 *  我们模拟让aof破损，手动删除aof文件后面的指令变成不完整，然后fix，有一条数据会被fix删除
 *  再次用fix修复后的aof文件去重启redis，发现数据只剩下一条了

为什么rdb不会恢复到内存中呢，这是因为redis会优先使用aof文件来恢复数据，所以在有aof文件的情况下，rdb文件是不会被恢复的

## 总结 ##

总体来说redis在我们的项目中作为缓存是非常重要的，为我们的mysql等数据库分担了很多的压力，而缓存中的数据又是重中之重，所以redis中的持久化对我们来讲就是必须要会的一点知识

这章节讲述了以下几点

*  持久化的意义？
 *  对于出现灾难性的意外如何应对？

> 采用持久化和周期性备份来应对灾难性的出现

*  两种持久化的优劣对比

通过上面的两种的持久化方式来看，数据恢复完全依赖于底层的磁盘的持久化，如果rdb和aof上都没有数据，或者这两个文件都丢了，那么就真的没有了  
所以在有条件的情况下，需要对适合做冷备的rdb文件周期性的备份也算是做最后的防线吧

[Redis_]: https://blog.csdn.net/qq_36956154/article/details/84339285
[Link 1]: https://github.com/ywhs/YwhSpringCloud/blob/master/document/%E4%BA%BF%E7%BA%A7%E6%B5%81%E9%87%8F%E9%AB%98%E5%B9%B6%E5%8F%91%E9%AB%98%E5%8F%AF%E7%94%A8%E7%BC%93%E5%AD%98%E6%A1%86%E6%9E%B6%E6%90%AD%E5%BB%BA%E7%8E%AF%E5%A2%83.md#%E5%AE%89%E8%A3%85redis
[redis]: https://github.com/ywhs/YwhSpringCloud/tree/master/document#%E9%AB%98%E5%8F%AF%E7%94%A8%E7%9A%84redis
[55392671-59a10880-556e-11e9-80bd-e3c64ede497f.png]: /images/20220223/c2db83095a5946d991e590cb20e1923f.png
[RDB_AOF]: /images/20220223/c275631147a7475fb0238f77cf41f42b.png
[AOF rewrite]: /images/20220223/959e62c7e5b84dadbb4f5eade8f6d02d.png