一、对Redis持久化的探讨与理解

目前Redis持久化的方式有两种： RDB 和 AOF

首先，我们应该明确持久化的数据有什么用，答案是用于重启后的数据恢复。
Redis是一个内存数据库，无论是RDB还是AOF，都只是其保证数据恢复的措施。
所以Redis在利用RDB和AOF进行恢复的时候，都会读取RDB或AOF文件，重新加载到内存中。

RDB就是Snapshot快照存储，是默认的持久化方式。
可理解为半持久化模式，即按照一定的策略周期性的将数据保存到磁盘。
对应产生的数据文件为dump.rdb，通过配置文件中的save参数来定义快照的周期。
下面是默认的快照设置：

save 900 1    #当有一条Keys数据被改变时，900秒刷新到Disk一次
save 300 10   #当有10条Keys数据被改变时，300秒刷新到Disk一次
save 60 10000 #当有10000条Keys数据被改变时，60秒刷新到Disk一次

Redis的RDB文件不会坏掉，因为其写操作是在一个新进程中进行的。
当生成一个新的RDB文件时，Redis生成的子进程会先将数据写到一个临时文件中，然后通过原子性rename系统调用将临时文件重命名为RDB文件。
这样在任何时候出现故障，Redis的RDB文件都总是可用的。

同时，Redis的RDB文件也是Redis主从同步内部实现中的一环。
第一次Slave向Master同步的实现是：
Slave向Master发出同步请求，Master先dump出rdb文件，然后将rdb文件全量传输给slave，然后Master把缓存的命令转发给Slave，初次同步完成。
第二次以及以后的同步实现是：
Master将变量的快照直接实时依次发送给各个Slave。
但不管什么原因导致Slave和Master断开重连都会重复以上两个步骤的过程。
Redis的主从复制是建立在内存快照的持久化基础上的，只要有Slave就一定会有内存快照发生。

可以很明显的看到，RDB有它的不足，就是一旦数据库出现问题，那么我们的RDB文件中保存的数据并不是全新的。
从上次RDB文件生成到Redis停机这段时间的数据全部丢掉了。

AOF(Append-Only File)比RDB方式有更好的持久化性。
由于在使用AOF持久化方式时，Redis会将每一个收到的写命令都通过Write函数追加到文件中，类似于MySQL的binlog。
当Redis重启是会通过重新执行文件中保存的写命令来在内存中重建整个数据库的内容。
对应的设置参数为：
$ vim /opt/redis/etc/redis_6379.conf

appendonly yes       #启用AOF持久化方式
appendfilename appendonly.aof #AOF文件的名称，默认为appendonly.aof
# appendfsync always #每次收到写命令就立即强制写入磁盘，是最有保证的完全的持久化，但速度也是最慢的，一般不推荐使用。
appendfsync everysec #每秒钟强制写入磁盘一次，在性能和持久化方面做了很好的折中，是受推荐的方式。
# appendfsync no     #完全依赖OS的写入，一般为30秒左右一次，性能最好但是持久化最没有保证，不被推荐。

AOF的完全持久化方式同时也带来了另一个问题，持久化文件会变得越来越大。
比如我们调用INCR test命令100次，文件中就必须保存全部的100条命令，但其实99条都是多余的。
因为要恢复数据库的状态其实文件中保存一条SET test 100就够了。
为了压缩AOF的持久化文件，Redis提供了bgrewriteaof命令。
收到此命令后Redis将使用与快照类似的方式将内存中的数据以命令的方式保存到临时文件中，最后替换原来的文件，以此来实现控制AOF文件的增长。
由于是模拟快照的过程，因此在重写AOF文件时并没有读取旧的AOF文件，而是将整个内存中的数据库内容用命令的方式重写了一个新的AOF文件。
对应的设置参数为:
$ vim /opt/redis/etc/redis_6379.conf

no-appendfsync-on-rewrite yes   #在日志重写时，不进行命令追加操作，而只是将其放在缓冲区里，避免与命令的追加造成DISK IO上的冲突。
auto-aof-rewrite-percentage 100 #当前AOF文件大小是上次日志重写得到AOF文件大小的二倍时，自动启动新的日志重写过程。
auto-aof-rewrite-min-size 64mb  #当前AOF文件启动新的日志重写过程的最小值，避免刚刚启动Reids时由于文件尺寸较小导致频繁的重写。

到底选择什么呢？下面是来自官方的建议：
通常，如果你要想提供很高的数据保障性，那么建议你同时使用两种持久化方式。
如果你可以接受灾难带来的几分钟的数据丢失，那么你可以仅使用RDB。
很多用户仅使用了AOF，但是我们建议，既然RDB可以时不时的给数据做个完整的快照，并且提供更快的重启，所以最好还是也使用RDB。
因此，我们希望可以在未来（长远计划）统一AOF和RDB成一种持久化模式。

在数据恢复方面：
RDB的启动时间会更短，原因有两个：
一是RDB文件中每一条数据只有一条记录，不会像AOF日志那样可能有一条数据的多次操作记录。所以每条数据只需要写一次就行了。
另一个原因是RDB文件的存储格式和Redis数据在内存中的编码格式是一致的，不需要再进行数据编码工作，所以在CPU消耗上要远小于AOF日志的加载。

 

自动的bgrewriteaof

为了避免aof文件过大，我们会周期性的做bgrewriteaof来重整aof文件。以前我们会额外的配置crontab在业务低峰期执行这个命令，这额外的增加一个workaroud的脚本任务在大集群里是很糟糕的，不易检查，出错无法即时发现。

于是这个自动bgrewriteaof功能被直接加到redis的内部。首先对于aof文件，server对象添加一个字段来记录aof文件的大小server.appendonly_current_size，每次aof发生变化都会维护这个字段。

bgrewriteaof完毕或者实例启动载入aof数据后也会调用aofUpdateCurrentSize这个函数维护这个字段，同时会记录下此时的aof文件的大小server.auto_aofrewrite_base_size作为基准值，用于接下来判断aof增长率。

有了当前值和基准值我们就可以判断aof文件的增长情况。另外还需要配置两个参数来判断是否需要自动触发bgrewriteaof。

auto_aofrewrite_perc: aof文件的大小超过基准百分之多少后触发bgrewriteaof。默认这个值设置为100，意味着当前aof是基准大小的两倍的时候触发bgrewriteaof。把它设置为0可以禁用自动触发的功能。
auto_aofrewrite_min_size: 当前aof文件大于多少字节后才触发。避免在aof较小的时候无谓行为。默认大小为64mb。
两个参数都是可以在conf里静态配置，或者通过config set来动态修改的。
  1. redis 127.0.0.1:6379> config get auto-aof-rewrite-percentage  
  2. 1) "auto-aof-rewrite-percentage"  
  3. 2) "100"  
  4. redis 127.0.0.1:6379> config get auto-aof-rewrite-min-size  
  5. 1) "auto-aof-rewrite-min-size"  
  6. 2) "1048576"  
  7. redis 127.0.0.1:6379> config get auto-aof-rewrite-min-size  
  8. 1) "auto-aof-rewrite-min-size"  
  9. 2) "1048576"  
  10. redis 127.0.0.1:6379> config set auto-aof-rewrite-percentage 200  
  11. OK  
  12. redis 127.0.0.1:6379> config set auto-aof-rewrite-min-size 10485760  
  13. OK  


然后就是触发检查的主逻辑，serverCron时间事件中每次都会检查现有状态和参数来判断是否需要启动bgrewriteaof。

如果aof文件增长百分率growth大于auto_aofrewrite_perc，则自动的触发后一个bgrewriteaof。

延迟bgrewriteaof

这是个小的改进，手动触发的bgrewriteaof的时候如果同时存在bgsave在备份，会推迟这次操走的事件，设置server.aofrewrite_scheduled=1，待到bgsave结束后的下一次serverCron里才会触发。

Append-only file

aof 比快照方式有更好的持久化性，是由于在使用aof持久化方式时,redis会将每一个收到的写命令都通过write函数追加到文件中(默认是 appendonly.aof)。当redis重启时会通过重新执行文件中保存的写命令来在内存中重建整个数据库的内容。当然由于os会在内核中缓存 write做的修改，所以可能不是立即写到磁盘上。这样aof方式的持久化也还是有可能会丢失部分修改。不过我们可以通过配置文件告诉redis我们想要 通过fsync函数强制os写入到磁盘的时机。有三种方式如下（默认是：每秒fsync一次）

appendonly yes              //启用aof持久化方式
# appendfsync always      //每次收到写命令就立即强制写入磁盘，最慢的，但是保证完全的持久化，不推荐使用
appendfsync everysec     //每秒钟强制写入磁盘一次，在性能和持久化方面做了很好的折中，推荐
# appendfsync no    //完全依赖os，性能最好,持久化没保证

aof 的方式也同时带来了另一个问题。持久化文件会变的越来越大。例如我们调用incr test命令100次，文件中必须保存全部的100条命令，其实有99条都是多余的。因为要恢复数据库的状态其实文件中保存一条set test 100就够了。为了压缩aof的持久化文件。redis提供了bgrewriteaof命令。收到此命令redis将使用与快照类似的方式将内存中的数据 以命令的方式保存到临时文件中，最后替换原来的文件。具体过程如下

1. redis调用fork ，现在有父子两个进程
2. 子进程根据内存中的数据库快照，往临时文件中写入重建数据库状态的命令
3.父进程继续处理client请求，除了把写命令写入到原来的aof文件中。同时把收到的写命令缓存起来。这样就能保证如果子进程重写失败的话并不会出问题。
4.当子进程把快照内容写入已命令方式写到临时文件中后，子进程发信号通知父进程。然后父进程把缓存的写命令也写入到临时文件。
5.现在父进程可以使用临时文件替换老的aof文件，并重命名，后面收到的写命令也开始往新的aof文件中追加。

需要注意到是重写aof文件的操作，并没有读取旧的aof文件，而是将整个内存中的数据库内容用命令的方式重写了一个新的aof文件,这点和快照有点类似。

运维上的想法

其实快照和aof一样，都使用了Copy-on-write技术。多次试验发现每次做数据dump的时候，内存都会扩大一倍(关于这个问题可以参考我去年写的redis的内存陷阱，很多人用redis做为缓存，数据量小，dump耗时非常短暂，所以不太容易发现)，这个时候会有三种情况：

一：物理内存足以满足，这个时候dump非常快，性能最好

二：物理内存+虚拟内存可以满足，这个时候dump速度会比较慢，磁盘swap繁忙，服务性能也会下降。所幸的是经过一段比较长的时候数据dump完成了，然后内存恢复正常。这个情况系统稳定性差。

三： 物理内存+虚拟内存不能满足，这个时候dump一直死着，时间久了机器挂掉。这个情况就是灾难！

如果数据要做持久化又想保证稳定性，建议留空一半的物理内存。如果觉得无法接受还是有办法，下面讲：

快照和aof虽然都使用Copy-on-write，但有个不同点，快照你无法预测redis什么时候做dump，aof可以通过bgrewriteaof命令控制dump的时机。

根据这点我可以在一个服务器上开启多个redis节点(利用多CPU)，使用aof的持久化方式。

例 如在24G内存的服务器上开启3个节点，每天用bgrewriteaof定期重新整理数据，每个节点dump的时间都不一样，这 样理论上每个节点可以消耗6G内存，一共使用18G内存，另外6G内存在单个节点dump时用到，内存一下多利用了6G！ 当然节点开的越多内存的利用率也越高。如果带宽不是问题，节点数建议 = CPU数。