参考书籍《Redis设计与实现》

一丶为什么redis需要持久化

redis 作为一个内存数据库，如果不想办法将存储在内存中的数据，保存到磁盘中，那么一旦服务器进程退出，那么redis数据库中的数据就将丢失。

二丶RDB

redis 提供RDB持久化功能，可以将数据库中的数据保存到磁盘中，避免数据意外丢失。Redis RDB 是将一个时间点的数据库状态保存到RDB文件中，RDB文件时一个经过压缩的二进制文件，通过该文件可以还原申生成RDB时的数据库状态。

1.SAVE与BGSAVE

SAVE和BGSAVE 命令都能生成RDB文件

  • SAVE命令会阻塞redis服务器进程，直到SAVE命令执行完为止，在服务器进程阻塞的期间，服务器无法处理任何命令请求
  • BGSAVE会派生出一个子进程，然后由子进程负责创建RDB文件，服务器进程可以继续处理请求命令

Redis 服务在启动的时候会检测RDB文件的存在，并自动载入RDB文件。由于AOF文件更新的频率比RDB高（频率高意味着数据全），所以如果同时具备AOF 和RDB文件，redis服务器会选择AOF文件进行恢复。

BGREWRITEAOF 可以触发AOF持久化，但是不允许和BGSAVE一起执行(因为一起执行意味着大量的磁盘写入操作)

2.RDB自动间隔保存

redis 允许用户通过配置save选项，让服务器每隔一段时间自动执行一次BGSAVE命令。如

save 900 1
save 300 10
save 60 1000

这个配置意味着，如果900秒内对数据库进行至少一次修改，300秒内对数据库至少由十次修改，60秒内有1000次修改，那么redis服务器将自动进行BGSAVE命令的执行。

为了实现这个功能redis服务器会记录两个内容：dirty（距离上一次成功执行save 或者bgsave 数据库进行了多少次修改）和 lastsave （时间戳，记录上一次执行save 或者 bgsave 的时间）。redis 周期性操作函数serverCron每隔100毫秒执行一次，会根据dirty 和 lastsave是否满足 save 900 1等配置的要求，如果满足那么将执行BGSAVE

三丶AOF

除了RDB之外，redis 还有AOF（append only file）持久化的功能，与RDB持久化通过将数据库数据保存到文件中不同，AOF 持久化时通过保存redis服务器执行的修改操作命令来实现的。如

set msg "hello"

对于这条命令，RDB记录的是msg 键和对应的值，但是AOF记录的是set msg "hello"这条命令。AOF持久化可以使用BGREWRITEAOF触发

AOF可以分为如下流程

image-20230102182436931

1.命令追加

服务器在执行完一个写明了后，会以协议格式将被执行的命令追加到redis服务器中的aof_buf末尾

2.AOF 文件写入和同步

redis每次结束一个事件循环之前都会调用flushAppendOnlyFile来判断是否需要将aof_buf里的内容写入到AOF文件中。redis服务器配置的appendfsync 设置可以控制aof 文件写入的时机：

  • always

    将aof缓冲区的所有内容写入并且同步到aof文件

    选择此配置，意味着每次都需要将命令写回磁盘，安全性最高，但是会导致效率很低

  • everysec

    每秒写入aof缓冲区中的内容，并同步aof文件（同步操作由另外一个线程专门进行）

    选择此配置，意味着每秒写回磁盘，最多丢失一秒的数据

  • no

    将aof缓冲区中的内容写入到AOF文件但是不同步，何时同步由操作系统决定

    此配置不会将命令马上写回磁盘，效率高，但是不安全

为了提高文件的写入效率，在现代操作系统中，用户调用write函数，将一些数据写入到文件的时候，操作系统通常会将期望写入的数据保存到一个内存缓冲区中，等缓冲区满或者超过一段事件后，才真正的将缓冲数据写入到磁盘
这样的操作提高的效率，但是带来了数据丢失的风险，所以操作系统提供了fsync 和fdatasync两个同步函数，让用户调用强制让缓冲区写入磁盘，从而确保数据的安全性

3.AOF重写

因为aof文件记录的是数据库执行的修改操作命令，这意味着随着时间的流逝，aof文件中的内容将越来越多。为了解决这个问题redis使用AOF重写——redis服务器可以创建一个新的aof文件来替代现有的aof文件，二者保存的数据库数据相同，但是新的文件不会保存冗余命令（set msg "a" 然后执行set msg "b" 其实aof文件只需要保存set msg "b" ）

3.1 AOF 重写原理

AOF重写并不是分析已有文件，而是读取数据库中的数据，将数据转化为命令。首先读取数据库中的键和值，然后使用一条命令来记录键值对，这就是aof重写的实现原理（对于哈希，集合，有序集合，列表键值对，redis一条命令只会记录64个元素，超过64个元素，将使用多条命令记录）

3.2 AOF 后台重写

AOF重写程序将使用子进程的方式执行命令，从而让服务器进程可以继续处理请求。

为了解决重写过程中，键值对被修改的问题，redis使用aof重写缓冲区，在重写过程中，用户修改数据库的命令会被保存到AOF缓冲区和AOF重写缓冲区。子进程完成AOF重写后，会将AOF重写缓冲区中的命令同步到新AOF文件中，这时候新文件保存的内容就和数据库一致了。然后子进程将修改新AOF文件名称，原子的覆盖旧AOF文件。