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一篇文章彻底理解Redis的持久化原理

2021/1/13 20:22:34 文章标签: 测试文章如有侵权请发送至邮箱809451989@qq.com投诉后文章立即删除

Redis对数据的操作都是基于内存的,当遇到了进程退出、服务器宕机等意外情况,如果没有持久化机制,那么Redis中的数据将会丢失无法恢复。有了持久化机制,Redis在下次重启时可以利用之前持久化的文件进行数据恢复。理解和掌握Redis的…

Redis对数据的操作都是基于内存的,当遇到了进程退出、服务器宕机等意外情况,如果没有持久化机制,那么Redis中的数据将会丢失无法恢复。有了持久化机制,Redis在下次重启时可以利用之前持久化的文件进行数据恢复。理解和掌握Redis的持久机制,对于Redis的日常开发和运维都有很大帮助,也是在大厂面试经常被问到的知识点。

Redis为持久化提供了两种方式:

  • RDB:在指定的时间间隔能对你的数据进行快照存储。
  • AOF:记录每次对服务器写的操作,当服务器重启的时候会重新执行这些命令来恢复原始的数据。

本文将通过下面内容的介绍,希望能够让大家更全面、清晰的认识这两种持久化方式,同时理解这种保存数据的思路,应用于自己的系统设计中。

  • 持久化的配置
  • RDB与AOF持久化的工作原理
  • 如何从持久化中恢复数据
  • 关于性能与实践建议

持久化的配置

为了使用持久化的功能,我们需要先知道该如何开启持久化的功能。

RDB的持久化配置

# 时间策略

save 900 1
save 300 10
save 60 10000

# 文件名称
dbfilename dump.rdb

# 文件保存路径
dir /home/work/app/redis/data/

# 如果持久化出错,主进程是否停止写入
stop-writes-on-bgsave-error yes

# 是否压缩
rdbcompression yes

# 导入时是否检查
rdbchecksum yes

配置其实非常简单,这里说一下持久化的时间策略具体是什么意思。

save 900 1 表示900s内如果有1条是写入命令,就触发产生一次快照,可以理解为就进行一次备份
save 300 10 表示300s内有10条写入,就产生快照

下面的类似,那么为什么需要配置这么多条规则呢?因为Redis每个时段的读写请求肯定不是均衡的,为了平衡性能与数据安全,我们可以自由定制什么情况下触发备份。所以这里就是根据自身Redis写入情况来进行合理配置。
stop-writes-on-bgsave-error yes 这个配置也是非常重要的一项配置,这是当备份进程出错时,主进程就停止接受新的写入操作,是为了保护持久化的数据一致性问题。如果自己的业务有完善的监控系统,可以禁止此项配置, 否则请开启。
关于压缩的配置 rdbcompression yes ,建议没有必要开启,毕竟Redis本身就属于CPU密集型服务器,再开启压缩会带来更多的CPU消耗,相比硬盘成本,CPU更值钱。
当然如果你想要禁用RDB配置,也是非常容易的,只需要在save的最后一行写上:save ""

AOF的配置

# 是否开启aof
appendonly yes

# 文件名称
appendfilename "appendonly.aof"

# 同步方式
appendfsync everysec

# aof重写期间是否同步
no-appendfsync-on-rewrite no

# 重写触发配置
auto-aof-rewrite-percentage 100
auto-aof-rewrite-min-size 64mb

# 加载aof时如果有错如何处理
aof-load-truncated yes

# 文件重写策略
aof-rewrite-incremental-fsync yes

还是重点解释一些关键的配置:
appendfsync everysec 它其实有三种模式:

always:把每个写命令都立即同步到aof,很慢,但是很安全
everysec:每秒同步一次,是折中方案
no:redis不处理交给OS来处理,非常快,但是也最不安全

一般情况下都采用 everysec 配置,这样可以兼顾速度与安全,最多损失1s的数据。
aof-load-truncated yes 如果该配置启用,在加载时发现aof尾部不正确是,会向客户端写入一个log,但是会继续执行,如果设置为 no ,发现错误就会停止,必须修复后才能重新加载。

工作原理

关于原理部分,我们主要来看RDB与AOF是如何完成持久化的,他们的过程是如何。

在介绍原理之前先说下Redis内部的定时任务机制,定时任务执行的频率可以在配置文件中通过 hz 10 来设置(这个配置表示1s内执行10次,也就是每100ms触发一次定时任务)。该值最大能够设置为:500,但是不建议超过:100,因为值越大说明执行频率越频繁越高,这会带来CPU的更多消耗,从而影响主进程读写性能。

定时任务使用的是Redis自己实现的 TimeEvent,它会定时去调用一些命令完成定时任务,这些任务可能会阻塞主进程导致Redis性能下降。因此我们在配置Redis时,一定要整体考虑一些会触发定时任务的配置,根据实际情况进行调整。

RDB的原理

在Redis中RDB持久化的触发分为两种:自己手动触发与Redis定时触发。

针对RDB方式的持久化,手动触发可以使用:

save:会阻塞当前Redis服务器,直到持久化完成,线上应该禁止使用。
bgsave:该触发方式会fork一个子进程,由子进程负责持久化过程,因此阻塞只会发生在fork子进程的时候。

而自动触发的场景主要是有以下几点:

  • 根据我们的 save m n 配置规则自动触发;
  • 从节点全量复制时,主节点发送rdb文件给从节点完成复制操作,主节点会触发 bgsave
  • 执行 debug reload 时;
  • 执行 shutdown时,如果没有开启aof,也会触发。

由于 save 基本不会被使用到,我们重点看看 bgsave 这个命令是如何完成RDB的持久化的。
在这里插入图片描述

这里注意的是 fork 操作会阻塞,导致Redis读写性能下降。我们可以控制单个Redis实例的最大内存,来尽可能降低Redisfork时的事件消耗。以及上面提到的自动触发的频率减少fork次数,或者使用手动触发,根据自己的机制来完成持久化。

AOF的原理

AOF的整个流程大体来看可以分为两步,一步是命令的实时写入(如果是 appendfsync everysec 配置,会有1s损耗),第二步是对aof文件的重写。

对于增量追加到文件这一步主要的流程是:命令写入=》追加到aof_buf =》同步到aof磁盘。那么这里为什么要先写入buf在同步到磁盘呢?如果实时写入磁盘会带来非常高的磁盘IO,影响整体性能。

aof重写是为了减少aof文件的大小,可以手动或者自动触发,关于自动触发的规则请看上面配置部分。fork的操作也是发生在重写这一步,也是这里会对主进程产生阻塞。

手动触发: bgrewriteaof,自动触发 就是根据配置规则来触发,当然自动触发的整体时间还跟Redis的定时任务频率有关系。

下面来看看重写的一个流程图:
在这里插入图片描述

对于上图有四个关键点补充一下:

  • 在重写期间,由于主进程依然在响应命令,为了保证最终备份的完整性;因此它依然会写入旧的AOF file中,如果重写失败,能够保证数据不丢失。

  • 为了把重写期间响应的写入信息也写入到新的文件中,因此也会为子进程保留一个buf,防止新写的file丢失数据。

  • 重写是直接把当前内存的数据生成对应命令,并不需要读取老的AOF文件进行分析、命令合并。

  • AOF文件直接采用的文本协议,主要是兼容性好、追加方便、可读性高可认为修改修复。

不能是RDB还是AOF都是先写入一个临时文件,然后通过 rename 完成文件的替换工作。

从持久化中恢复数据

数据的备份、持久化做完了,我们如何从这些持久化文件中恢复数据呢?如果一台服务器上有既有RDB文件,又有AOF文件,该加载谁呢?

其实想要从这些文件中恢复数据,只需要重新启动Redis即可。我们还是通过图来了解这个流程:
在这里插入图片描述

启动时会先检查AOF文件是否存在,如果不存在就尝试加载RDB。那么为什么会优先加载AOF呢?因为AOF保存的数据更完整,通过上面的分析我们知道AOF基本上最多损失1s的数据。

性能与实践

通过上面的分析,我们都知道RDB的快照、AOF的重写都需要fork,这是一个重量级操作,会对Redis造成阻塞。因此为了不影响Redis主进程响应,我们需要尽可能降低阻塞。

  • 降低fork的频率,比如可以手动来触发RDB生成快照、与AOF重写;
  • 控制Redis最大使用内存,防止fork耗时过长;
  • 使用更牛逼的硬件;
  • 合理配置Linux的内存分配策略,避免因为物理内存不足导致fork失败。

在线上我们到底该怎么做?我提供一些自己的实践经验。

  • 如果Redis中的数据并不是特别敏感或者可以通过其它方式重写生成数据,可以关闭持久化,如果丢失数据可以通过其它途径补回;
  • 自己制定策略定期检查Redis的情况,然后可以手动触发备份、重写数据;
  • 单机如果部署多个实例,要防止多个机器同时运行持久化、重写操作,防止出现内存、CPU、IO资源竞争,让持久化变为串行;
  • 可以加入主从机器,利用一台从机器进行备份处理,其它机器正常响应客户端的命令; RDB持久化与
  • AOF持久化可以同时存在,配合使用。

本文的内容主要是运维上的一些注意点,但我们开发者了解到这些知识,在某些时候有助于我们发现诡异的bug。接下来会介绍Redis的主从复制与集群的知识。

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