深入学习 Redis - 谈谈你对 Redis 的 RDB、AOF、混合持久化的了解吧？

短命女 2024-03-23 18:39 17阅读 0赞

**目录**

一、Redis 是怎么存储数据的？

二、Redis 具体是按照什么样的策略来实现持久化的？

2.1、RDB（Redis Database）

2.1.1、触发机制

2.1.2、bgsave 命令处理流程

2.1.3、RDB 文件的处理

2.1.4、演示效果

1）手动执行 bgsave

2）自动执行 bgsave

3）观察 bgsave 执行文件替换效果

4）实操问题：如果把 rdb 文件故意改坏了，会咋样？

2.1.5、RDB 的优缺点

2.2、AOF（append only file）

2.2.1、开启 aof 功能

2.2.2、刷新缓冲区策略

2.2.3、重写机制（rewrite）

2.2.4、AOF 重写流程

2.3、混合持久化

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## 一、Redis 是怎么存储数据的？ ##

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Redis 为了考虑速度和数据的持久化，采取内存 + 硬盘的方式存储存储数据，并且这两份数据理论上是相同的（实际上可能存在小的差异，具体看如何进行持久化）。

具体的，如下：

1.  当需要插入一个新的数据的时候，就需要吧这个数据，同时写入到内存和硬盘（这里有很多种存储策略）；
2.  当查询某一个数据的时候，直接从内存读取；
3.  硬盘中的数据知识在 redis 重启的时候，用来恢复内存中的数据.

这样做的代价就是消耗了更多的内存空间（同一份数据，存储两份），但是毕竟硬盘比较便宜，这样的开销并不会带来太多的成本.

## 二、Redis 具体是按照什么样的策略来实现持久化的？ ##

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Redis 持久化是通过两种策略实现的，一种是 定期备份——RDB（Redis DataBase），另一种是 实时备份——AOF（Append Only File）.

### 2.1、RDB（Redis Database） ###

RDB 会定期把 Redis 内存中的所有数据，以二进制的形式都写入硬盘，生成一个**“快照”**.（生成一个 rdb 文件，放在 redis 的工作目录中）

> “快照”：这就像是某个案发现场，警察来了，拉上警戒线，然后警察们就开始忙碌的拍照，记录现场，后续就可以根据这些记录的照片来还原出现场当时发生了什么~
> 
> Redis 给内存中当前存储的这些数据，赶紧拍照，生成一个文件，存储在硬盘中~

#### 2.1.1、触发机制 ####

**“定期”**具体来说，又有两种方式：

**1.手动触发**

程序员通过 redis 客户端，执行特定的命令，来触发快照的生成：

save：执行 save 的时候，redis 就会全力以赴的进行“快照生成”操作，此时就会阻塞 redis 的其他客户端命令，导致类似于 keys \* 的后果，也因此一般不建议使用.

bgsave：bg（background 后面），也就是后台处理的意思，不会影响到 Redis 服务器处理其他客户端的请求和命令.

> Ps：这后台处理是怎么做到的？难道是多线程么？并非如此，实际上这是一个 并发编程 的场景，此处 redis 使用的是 “多进程” 的方式来完成并发编程。实现 bgsave.

**2.自动触发**

自动触发是需要在 Redis 的配置文件中设置的，指定 Redis 在达到了 多少时间内，修改了多少次数进行持久化

![529c2c08df0a404d81e82a18ec54c683.png][]

> 此处的数值都是可以进行修改的，虽然可以自由配置，但是修改这些数据要有一个基本原则：申城一次 rdb 快照，成本是比较高的，不能让这个操作执行太频繁.（因此上述配置中，save 60 10000 就表示两次生成 rdb 之间的间隔最少必须要 60s 内进行了 10000 次修改）.

#### 2.1.2、bgsave 命令处理流程 ####

![71e36c6635d04fada3e2507bc1f5e234.png][]

bgsave 操作流程是通过 fork 创建子进程，让子进程来完成持久化操作~ 持久化就会把要生成的快照数据先保存到一个临时文件中，当这个快照生成完后，再删除之前的 rdb 文件，把新生成临时 rdb 文件名字改成刚才的删除的 rdb 文件的名字，然后使用新的文件替换旧的文件（rdb 对于 fork 之后的新数据，就置之不理了，这里要对比着 aof 来看）.

> Ps：如果使用 save 命令，是不会触发 子进程 & 文件替换 逻辑，他会直接再当前进程中，往刚才同一个文件中写入数据.

#### 2.1.3、RDB 文件的处理 ####

通过 rdb 机制会在 redis 工作目录下，把内存中的数据，以压缩的形式（需要消耗一定的 cpu 资源，但是能节省存储空间），保存到一个二进制文件中，后续 redis 服务器重启，就会尝试去加载这个 rdb 文件，如果发现格式错误，就会加载失败（这个文件咱不去动他，也有可能会因为网络传输文件，遭到破坏）。

> Ps：redis 也因此提供了 rdb 文件的检查工具——redis-check-rdb

#### 2.1.4、演示效果 ####

##### **1）手动执行 bgsave** #####

这里我们打开 redis 客户端，插入新的 key，手动执行 bgsave.

![fb1f43a56d3c489a9b61189b4706b747.png][]

这里数据比较少，bgsave 瞬间就执行完了，立即查看 dump.rdb 文件就有结果，以后数据量多了，执行 bgsave 就要消耗一定的时间，立即查看不一定就是生成完毕.

接着就可以在 dump.rdb 快照中查看二进制数据

![121d2578d04f4a70ad4ae99ce4779e36.png][]

之后，使用 service redis-server restart 命令（一定要有符号链接）重启 redis 服务器，就可以看到 redis 服务器在重启的时候加载了rdb 文件的内容，恢复了之前的状态.

#####       2）自动执行 bgsave #####

如果通过正常流程重新启动或者关闭 redis 服务器，此时 redis 服务器就会在退出的时候，自动触发 rdb 操作！但是如果异常重启（kill -9 或者 服务器断点），此时 redis 服务器来不及生成 rdb，造成数据丢失.

> Ps：redis 生成快照也可以有多种方式
> 
> 1）到达配置文件中 save 执行条件
> 
> 2）通过 shutdown 命令（redis 里的一个命令）关闭 redis 服务器，也会触发.
> 
> 3）redis 进行主从赋值的时候，主节点也会自动生成 rdb 快照，然后把 rdb 快照文件内容传输给从节点（后面细说）.

![529c2c08df0a404d81e82a18ec54c683.png][]

在配置文件中的 save 修改以后，一定要重启服务器，才能生效！

如果想要立即生效，也可以通过命令的方式进行修改~

##### 3）观察 bgsave 执行文件替换效果 #####

bgsave 创建子进程完成持久化操作会把数据写到新文件中，然后替换掉旧文件，这个过程是可以观察到的——使用 linux 的 stat 命令，查看文件 inode 编号.

![48adfe73411943adb7fb4cf6b2ed7dca.png][]

执行 bgsave 后：

![ea591da6b830443096795aaa684d8b3a.png][]

> Linux 文件系统：
> 
> 文件系统经典的组织方式，主要是把整个文件系统分成了三个大的部分
> 
> 1.超级块：存放一些管理信息.
> 
> 2.inode 区：存放 inode 结点，每个文件都会分配一个 inode 数据结构，包含了文件的各种元数据.
> 
> 3.block 区：存放文件的数据内容.

##### 4）实操问题：如果把 rdb 文件故意改坏了，会咋样？ #####

ms：有实操过么？遇到什么问题吗？

> Ps：手动把 rdb 文件内容改坏，前提是一定要通过 kill 进程的方式，然后启动 redis 服务器，如果通过 service redis-server restart 重启，就会在 redis 服务器退出的时候，重新生成 rdb 快照，就把刚刚改坏的文件替换掉了~

当我们把 rdb 文件内容改坏了，有可能服务器并没有受到什么影响，能正常启动，还能获取到一些 key，但是这里具体 redis 会咋样，取决于 rdb 文件坏的地方在哪（rdb 文件是二进制的，因此损坏后，交给 redis 去使用结果是不可预期的，可能能启动，但数据有问题，也有可能 redis 服务器直接启动失败）~

如果是文件末尾改坏了，对前面的内容没有啥影响，但如果是中间位置，可就不一定了，可能服务器就无法正常启动了~

当然 redis 也提供了 rdb 文件的检查工具，可以通过检查工具检查 rdb 文件格式是否符合要求，运行的时候，加入 rdb 文件作为命令行参数，此时就是以检查工具的方式来运行，不会真的启动 redis.

#### 2.1.5、RDB 的优缺点 ####

1.  RDB 是⼀个紧凑压缩的⼆进制⽂件，代表 Redis 在某个时间点上的数据快照。⾮常适⽤于备份，全量复制等场景。⽐如每 6 ⼩时执⾏ bgsave 备份，并把RDB⽂件复制到远程机器或者⽂件系统中
2.  Redis 加载 RDB 恢复数据远远快于AOF 的⽅式。
3.  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 创建⼦进程，属于重量级操作，频繁执⾏成本过⾼。
4.  RDB ⽂件使⽤特定⼆进制格式保存，Redis 版本演进过程中有多个 RDB 版本，兼容性可能有⻛险。

RDB 最大的问题，就是不能实时的持久化保存数据，在两次生成快照之间，实时的数据可能会随着异常重启而丢失.

### 2.2、AOF（append only file） ###

AOF（Append Only File）持久化：以文本文件的方式记录每次 redis 操作的命令，通过一些特殊的符号作为分隔符，来最命令做区分（具体规则，不用研究），重启时再重新执⾏ AOF ⽂件中的命令达到恢复数据的目的.

#### 2.2.1、开启 aof 功能 ####

aof默认是关闭状态的，通过修改配置文件，来开启 aof 功能~

![8b7ca895be614ff089e6b2bdeda5f455.png][]

> Ps：开启 aof 的时候，rdb 就不生效了，启动时不再读取 rdb 内容.

#### 2.2.2、刷新缓冲区策略 ####

**引入 AOF 后，又要写内存又要写硬盘，还能和之前一样快了吗？**

实际上，是没有影响的！！！原因如下

1.AOF 机制并非是直接让工作线程把数据写入硬盘，而是先写入一个内存中的缓冲区，积累到一定数量的时候，再统一写入硬盘。

> Ps：这里的缓冲区大大降低了写硬盘的次数~ 就好比我有 100 个请求，本来是分 100 次 一个一个写入，而现在只需要一次就可以把 100 个请求写入硬盘.

2. AOF 每次是把新的操作命令顺序写入原有文件的末尾，输入顺序写入，这样的方式相比于随机访问的速度要快很多的.

值得注意的是，写入缓冲区里，本质还是再内存中，如果这个时候主机断电，进程挂了，缓冲区的数据就丢失了~ 这里类似于 mysql 事务的隔离级别，要有一定的取舍~

redis 给出了一些选项，让我们可以根据实际情况来决定怎么取舍——缓冲区刷新策略：

> 刷新频率越高，数据的可靠性就越高，但是性能影响就越大。
> 
> 刷新频率越低，数据的可靠性就越低，但是性能影响就越小。

1. always 每操作一次就保存一次：频率是最高的，数据可靠性最高，性能最低.

2. everysec 每秒保存一次：频率低一些，数据可靠性降低，性能会提高.

3. no 跟随系统的同步策略：频率最低，数据可靠性最低，性能是最高的.

#### 2.2.3、重写机制（rewrite） ####

**AOF 文件持续增长，体积越来越大，影响到 redis 下次启动的启动时间，这怎么办呢？**

实际上， aof 中的文件，有一些内容是冗余的，比如如下操作

![68ffc24ea0ca4ec2a56de53986ec5ec0.png][]

因此 redis 就存在一个机制，能针对 aof 文件进行 整理 操作，剔除其中的冗余操作，合并一些操作，达到给 aof 文件瘦身的效果.

他就是——**重写机制**，这个机制就类似于大学学分制度：

这次你挂科了，学分扣一些~

这次你参加公益活动了，学分加一些~

....

随着时间推移，教务系统上会记录很多东西，不方便了，就对上述内容进行一个统计，算出一个总分，再继续记录.

#### 2.2.4、AOF 重写流程 ####

![9745fe6001a249b693ddfe1a6483d41e.png][]

2、4）发生重写时，会通过 fork 创建子进程，创建的一瞬间，子进程就继承了当前父进程的内存状态，子进程只需要把内存中当前的数据（内存这里的数据已经是整理之后的模样了），获取出来，以文本格式写入到一个新的 aof 文件中.

1、2、3.1）此时父进程仍然负责接收新的请求，把这些请求产生的 aof 数据先写入到缓冲区，再刷新到旧的 aof 文件里。

2、3.2）上述操作之后，子进程里的内存数据是父进程 fork 之前的状态，fork 之后新来的请求，对内存的修改，子进程是不知道的，因此父进程这里又准备了一个 aof\_rewrite\_buf 缓冲区，专门存放 fork 之后接收到的数据**（这里 rdb 对于 fork 之后的新数据，就置之不理了）**.

5.1、5.2）子进程这边，把 aof 数据写完之后，会通过 信号 通知以下父进程，父进程再把 aof\_rewrite\_buf 缓冲区中的内容也写入到新的 AOF 文件中.

5.3）最后就可以使用新的 aof 替换旧的 aof 文件了~

> 有几个特殊情况，如下：
> 
> 1.如果执行 bgrewriteaof 的时候，当前 redis 已经正在进行 aof 重写了，会怎么样？
> 
> 此时，不会再执行 aof 重写，直接返回.
> 
> 2.如果执行 bgrewriteaof 的时候，发现当前 redis 在生成 rdb 文件的快照，会怎么样呢？
> 
> 此时，aof 重写操作就会等待，等到 rdb 快照完毕之后，在进行 aof 重写.

> Ps：现在的系统中，系统的资源一般都是比较充裕的， aof 的开销也不算事，因此一般来说， aof 的使用场景要多一些~

想到一个问题：子进程写完新的 aof 文件，最后要替代掉父进程继续在写的这个旧 aof 文件，那这个即将消失的 aof 文件还有什么意义？

这是一个好问题，我们可以去考虑一些极端的情况，假设在重写的过程中，重写了一半，服务器挂了，子进程内存的数据就会丢失，新的 aof 文件内容还不完整，所以如果父进程不坚持写旧的 aof 文件，重启旧没法保证数据的完整性了.

### 2.3、混合持久化 ###

aof 按照文本的方式写入文件，但是文本写入成本是比较高的，redis 就引入了 “混合持久化” 的方式，结合了 rdb 和 aof 的特点~

在开启混合持久化的情况下， aof 重写时会把 redis 的持久化数据，以 RDB 的格式写入到新的 AOF 文件的开头，之后的数据再以 AOF 的格式化追加的文件的末尾，这样做，既可以避免因 aof 文件较大影响 redis 启动速度，又能防止 rdb 导致的一段时间内的数据丢失.

![b311da41522d465582417d6a4495bc72.png][]

在配置文件中，上图中的这个选项为 yes 表示开启混合持久化（修改配置项后，记得重启服务器）.

> Ps：当 redis 同时存在 aof 文件和 rdb 快照的时候，以 aof 为主，rdb 就直接被忽略了~

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