十分鐘徹底理解 Redis 的持久化和主從復制

作者：張君鴻 2022-03-01 10:45:38

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云計算 在這篇文章，我們繼續(xù)有關(guān)Redis方面知識的學習，一起了解一下其中一個非常重要的內(nèi)容：Redis的持久化機制。

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什么是Redis持久化?

Redis作為一個鍵值對內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(NoSQL)，數(shù)據(jù)都存儲在內(nèi)存當中，在處理客戶端請求時，所有操作都在內(nèi)存當中進行，如下所示：

這樣做有什么問題呢？

其實，只要稍微有點計算機基礎知識的人都知道，存儲在內(nèi)存當中的數(shù)據(jù)，只要服務器關(guān)機(各種原因引起的)，內(nèi)存中的數(shù)據(jù)就會消失了，不僅服務器關(guān)機會造成數(shù)據(jù)消失，Redis服務器守護進程退出，內(nèi)存中的數(shù)據(jù)也一樣會消失。

對于只把Redis當緩存來用的項目來說，數(shù)據(jù)消失或許問題不大，重新從數(shù)據(jù)源把數(shù)據(jù)加載進來就可以了，但如果直接把用戶提交的業(yè)務數(shù)據(jù)存儲在Redis當中，把Redis作為數(shù)據(jù)庫來使用，在其放存儲重要業(yè)務數(shù)據(jù)，那么Redis的內(nèi)存數(shù)據(jù)丟失所造成的影響也許是毀滅性。為了避免內(nèi)存中數(shù)據(jù)丟失，Redis提供了對持久化的支持，我們可以選擇不同的方式將數(shù)據(jù)從內(nèi)存中保存到硬盤當中，使數(shù)據(jù)可以持久化保存。

Redis提供了RDB和AOF兩種不同的數(shù)據(jù)持久化方式，下面我們就來詳細介紹一下這種不同的持久化方式吧。

RDB

RDB是一種快照存儲持久化方式，具體就是將Redis某一時刻的內(nèi)存數(shù)據(jù)保存到硬盤的文件當中，默認保存的文件名為dump.rdb，而在Redis服務器啟動時，會重新加載dump.rdb文件的數(shù)據(jù)到內(nèi)存當中恢復數(shù)據(jù)。

開啟RDB持久化方式

開啟RDB持久化方式很簡單，客戶端可以通過向Redis服務器發(fā)送save或bgsave命令讓服務器生成rdb文件，或者通過服務器配置文件指定觸發(fā)RDB條件。

1. save命令

save命令是一個同步操作。

# 同步數(shù)據(jù)到磁盤上
> save

當客戶端向服務器發(fā)送save命令請求進行持久化時，服務器會阻塞save命令之后的其他客戶端的請求，直到數(shù)據(jù)同步完成。

如果數(shù)據(jù)量太大，同步數(shù)據(jù)會執(zhí)行很久，而這期間Redis服務器也無法接收其他請求，所以，最好不要在生產(chǎn)環(huán)境使用save命令。

2. bgsave

與save命令不同，bgsave命令是一個異步操作。

# 異步保存數(shù)據(jù)集到磁盤上
> bgsave

當客戶端發(fā)服務發(fā)出bgsave命令時，Redis服務器主進程會forks一個子進程來數(shù)據(jù)同步問題，在將數(shù)據(jù)保存到rdb文件之后，子進程會退出。

所以，與save命令相比，Redis服務器在處理bgsave采用子線程進行IO寫入，而主進程仍然可以接收其他請求，但forks子進程是同步的，所以forks子進程時，一樣不能接收其他請求，這意味著，如果forks一個子進程花費的時間太久(一般是很快的)，bgsave命令仍然有阻塞其他客戶的請求的情況發(fā)生。

3. 服務器配置自動觸發(fā)

除了通過客戶端發(fā)送命令外，還有一種方式，就是在Redis配置文件中的save指定到達觸發(fā)RDB持久化的條件，比如【多少秒內(nèi)至少達到多少寫操作】就開啟RDB數(shù)據(jù)同步。

例如我們可以在配置文件redis.conf指定如下的選項：

# 900s內(nèi)至少達到一條寫命令
save 900 1
# 300s內(nèi)至少達至10條寫命令
save 300 10
# 60s內(nèi)至少達到10000條寫命令
save 60 10000

之后在啟動服務器時加載配置文件。

# 啟動服務器加載配置文件
redis-server redis.conf

這種通過服務器配置文件觸發(fā)RDB的方式，與bgsave命令類似，達到觸發(fā)條件時，會forks一個子進程進行數(shù)據(jù)同步，不過最好不要通過這方式來觸發(fā)RDB持久化，因為設置觸發(fā)的時間太短，則容易頻繁寫入rdb文件，影響服務器性能，時間設置太長則會造成數(shù)據(jù)丟失。

rdb文件

前面介紹了三種讓服務器生成rdb文件的方式，無論是由主進程生成還是子進程來生成，其過程如下：

1. 生成臨時rdb文件，并寫入數(shù)據(jù)。
2. 完成數(shù)據(jù)寫入，用臨時文代替代正式rdb文件。
3. 刪除原來的db文件。

RDB默認生成的文件名為dump.rdb，當然，我可以通過配置文件進行更加詳細配置，比如在單機下啟動多個redis服務器進程時，可以通過端口號配置不同的rdb名稱，如下所示：

# 是否壓縮rdb文件
rdbcompression yes

# rdb文件的名稱
dbfilename redis-6379.rdb

# rdb文件保存目錄
dir ~/redis/

RDB的幾個優(yōu)點

1. 與AOF方式相比，通過rdb文件恢復數(shù)據(jù)比較快。
2. rdb文件非常緊湊，適合于數(shù)據(jù)備份。
3. 通過RDB進行數(shù)據(jù)備，由于使用子進程生成，所以對Redis服務器性能影響較小。

RDB的幾個缺點

1. 如果服務器宕機的話，采用RDB的方式會造成某個時段內(nèi)數(shù)據(jù)的丟失，比如我們設置10分鐘同步一次或5分鐘達到1000次寫入就同步一次，那么如果還沒達到觸發(fā)條件服務器就死機了，那么這個時間段的數(shù)據(jù)會丟失。
2. 使用save命令會造成服務器阻塞，直接數(shù)據(jù)同步完成才能接收后續(xù)請求。
3. 使用bgsave命令在forks子進程時，如果數(shù)據(jù)量太大，forks的過程也會發(fā)生阻塞，另外，forks子進程會耗費內(nèi)存。

AOF

聊完了RDB，來聊聊Redis的另外一個持久化方式：AOF(Append-only file)。與RDB存儲某個時刻的快照不同，AOF持久化方式會記錄客戶端對服務器的每一次寫操作命令，并將這些寫操作以Redis協(xié)議追加保存到以后綴為aof文件末尾，在Redis服務器重啟時，會加載并運行aof文件的命令，以達到恢復數(shù)據(jù)的目的。

開啟AOF持久化方式

Redis默認不開啟AOF持久化方式，我們可以在配置文件中開啟并進行更加詳細的配置，如下面的redis.conf文件：

# 開啟aof機制
appendonly yes

# aof文件名
appendfilename "appendonly.aof"

# 寫入策略,always表示每個寫操作都保存到aof文件中,也可以是everysec或no
appendfsync always

# 默認不重寫aof文件
no-appendfsync-on-rewrite no

# 保存目錄
dir ~/redis/

三種寫入策略

在上面的配置文件中，我們可以通過appendfsync選項指定寫入策略，有三個選項。

appendfsync always
# appendfsync everysec
# appendfsync no

1. always

客戶端的每一個寫操作都保存到aof文件當，這種策略很安全，但是每個寫請注都有IO操作，所以也很慢。

2. everysec

appendfsync的默認寫入策略，每秒寫入一次aof文件，因此，最多可能會丟失1s的數(shù)據(jù)。

3. no

Redis服務器不負責寫入aof，而是交由操作系統(tǒng)來處理什么時候?qū)懭隺of文件。更快，但也是最不安全的選擇，不推薦使用。

AOF文件重寫

AOF將客戶端的每一個寫操作都追加到aof文件末尾，比如對一個key多次執(zhí)行incr命令，這時候，aof保存每一次命令到aof文件中，aof文件會變得非常大。

incr num 1
incr num 2
incr num 3
incr num 4
incr num 5
incr num 6
...
incr num 100000

aof文件太大，加載aof文件恢復數(shù)據(jù)時，就會非常慢，為了解決這個問題，Redis支持aof文件重寫，通過重寫aof，可以生成一個恢復當前數(shù)據(jù)的最少命令集，比如上面的例子中那么多條命令，可以重寫為：

set num 100000

aof文件是一個二進制文件，并不是像上面的例子一樣，直接保存每個命令，而使用Redis自己的格式，上面只是方便演示。

兩種重寫方式

通過在redis.conf配置文件中的選項no-appendfsync-on-rewrite可以設置是否開啟重寫，這種方式會在每次fsync時都重寫，影響服務器性以，因此默認值為no，不推薦使用。

# 默認不重寫aof文件
no-appendfsync-on-rewrite no

客戶端向服務器發(fā)送bgrewriteaof命令，也可以讓服務器進行AOF重寫。

# 讓服務器異步重寫追加aof文件命令
> bgrewriteaof

重寫aof文件的好處

1. 壓縮aof文件，減少磁盤占用量。
2. 將aof的命令壓縮為最小命令集，加快了數(shù)據(jù)恢復的速度。

AOF文件損壞

在寫入aof日志文件時，如果Redis服務器宕機，則aof日志文件文件會出格式錯誤，在重啟Redis服務器時，Redis服務器會拒絕載入這個aof文件，可以通過以下步驟修復aof并恢復數(shù)據(jù)。

1. 備份現(xiàn)在aof文件，以防萬一。
2. 使用redis-check-aof命令修復aof文件，該命令格式如下：

# 修復aof日志文件
$ redis-check-aof -fix file.aof

1. 重啟Redis服務器，加載已經(jīng)修復的aof文件，恢復數(shù)據(jù)。

AOF的優(yōu)點

AOF只是追加日志文件，因此對服務器性能影響較小，速度比RDB要快，消耗的內(nèi)存較少。

AOF的缺點

1. AOF方式生成的日志文件太大，即使通過AFO重寫，文件體積仍然很大。
2. 恢復數(shù)據(jù)的速度比RDB慢。

選擇RDB還是AOF呢？

通過上面的介紹，我們了解了RDB與AOF各自的優(yōu)點與缺點，到底要如何選擇呢？

通過下面的表示，我們可以從幾個方面對比一下RDB與AOF,在應用時，要根本自己的實際需求，選擇RDB或者AOF，其實，如果想要數(shù)據(jù)足夠安全，可以兩種方式都開啟，但兩種持久化方式同時進行IO操作，會嚴重影響服務器性能，因此有時候不得不做出選擇。

當RDB與AOF兩種方式都開啟時，Redis會優(yōu)先使用AOF日志來恢復數(shù)據(jù)，因為AOF保存的文件比RDB文件更完整。

小結(jié)

上面講了一大堆Redis的持久化機制的知識，其實，如果你只是單純把Redis作為緩存服務器，那么可以完全不用考慮持久化，但是，在如今的大多數(shù)服務器架構(gòu)中，Redis的單單只是扮演一個緩存服務器的角色，還可以作為數(shù)據(jù)庫，保存我們的業(yè)務數(shù)據(jù)，此時，我們則需要好好了解有關(guān)Redis持久化策略的區(qū)別與選擇。

新聞名稱：十分鐘徹底理解Redis的持久化和主從復制
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