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Redis 持久化机制

RDB 持久化

Redis RDB（Redis DataBase）是Redis的一种持久化方式。它可以将Redis中的数据快照存储在硬盘上，并在需要时重构该数据快照。因为可以在磁盘上存储和重构数据快照，所以RDB是一种非常高效的Redis数据备份和恢复方式。具有灵活性和高效性的RDB在实际应用中被广泛使用。

RDB的工作原理是当Redis满足一定条件时，Redis会将数据写入到一个RDB文件中。这些条件通常是：

• 指定的时间间隔内发生了指定数量的写操作，例如10000个键被修改等。
• 指定的时间间隔内有指定数量的写操作，例如至少有5个键被修改，且至少过去了半小时等。

在创建RDB文件时，Redis会执行一个fork操作，它在Redis内部创建了一个子进程来执行实际的RDB文件生成工作。父进程继续处理客户端请求，而子进程则负责将数据写入到RDB文件中。由于使用了fork，所以这个过程是非常快速和效率的。

RDB文件是一个二进制文件，可以通过指定的配置选项控制其生成频率和命名规则。在需要恢复Redis数据时，可以使用RDB文件进行恢复。同时，Redis还支持AOF（Append Only File）持久化方式，它可以将每个Redis命令的执行记录写入到一个日志文件中，并在需要时回放这些命令来恢复数据。相比之下，RDB方式更加简单，且恢复速度更快。

Redis 提供了两个命令来生成 RDB 快照文件

1. save : 同步保存操作，会阻塞 Redis 主线程；

2. bgsave : fork 出一个子进程，子进程执行，不会阻塞 Redis 主线程，默认选项。

RDB 是默认的持久化方式吗？默认开启吗？如何设置？

RDB是Redis的默认持久化方式，并且在默认情况下开启。但是，您可以通过修改Redis的配置文件来启用或禁用RDB持久化，或者更改持久化频率和命名规则等参数。

以下是设置RDB持久化的示例代码：

# 启用RDB方式持久化
save 900 1     # 如果在900秒内，有至少1个键被修改，就执行持久化操作
save 300 10    # 如果在300秒内，有至少10个键被修改，就执行持久化操作
save 60 10000  # 如果在60秒内，有至少10000个键被修改，就执行持久化操作
 
# 禁用RDB方式持久化
# save ""

在这个示例中，我们通过修改配置文件中的 save 参数来调整RDB持久化的频率，它定义了在一定时间内，有多少个键被修改时需要执行持久化操作。在本例中，如果在900秒内至少有1个键被修改，则执行持久化操作，并将数据快照存储在硬盘上。在Redis中，每个持久化规则单独占一行，根据实际情况设置即可。

如果您想完全禁用RDB持久化，可以将所有 save 规则删掉，或者将它们全部注释掉。另外，您也可以通过在Redis的配置文件中设置 save "" 来禁用RDB持久化。

总之，Redis RDB持久化方式提供了非常有效的Redis数据备份和恢复方式，并且默认情况下已经开启。使用上面的示例代码，您可以轻松地更改RDB持久化的频率和规则，以满足您的实际需求。

AOF 持久化

与快照持久化相比，AOF 持久化的实时性更好。默认情况下 Redis 没有开启 AOF（append only file）方式的持久化（Redis 6.0 之后已经默认是开启了），可以通过 appendonly 参数开启：

appendonly yes

开启 AOF 持久化后每执行一条会更改 Redis 中的数据的命令，Redis 就会将该命令写入到 AOF 缓冲区 server.aof_buf 中，然后再写入到 AOF 文件中（此时还在系统内核缓存区未同步到磁盘），最后再根据持久化方式（ fsync策略）的配置来决定何时将系统内核缓存区的数据同步到硬盘中的。

只有同步到磁盘中才算持久化保存了，否则依然存在数据丢失的风险，比如说：系统内核缓存区的数据还未同步，磁盘机器就宕机了，那这部分数据就算丢失了。AOF 文件的保存位置和 RDB 文件的位置相同，都是通过 dir 参数设置的，默认的文件名是 appendonly.aof。

AOF持久化配置与RDB类似，可以通过Redis配置文件进行设置，常见的配置方式有：

• APPENDONLY yes：启用AOF持久化方式。
• appendfsync always：每次写入都会立即将数据同步到硬盘，这是最安全的配置。
• appendfsync everysec：每秒钟将数据同步一次到硬盘。
• appendfsync no：数据异步写入磁盘，每次之间的数据可能会有一定的数据丢失风险。但性能也是最好的。

以下是通过Redis命令行设置AOF持久化的示例代码：

# 启用AOF持久化并将数据同步到硬盘
CONFIG SET appendonly yes
CONFIG SET appendfsync always

在这个示例中，我们使用 CONFIG SET 命令来修改Redis的配置并设置AOF持久化方式。启用AOF方式后，Redis会在每个写命令执行时将其写入一个AOF文件，并使用指定的 appendfsync 配置将数据同步到硬盘。

在实际应用中，AOF方式被广泛使用，并且可以与RDB持久化方式配合使用，以实现多层数据备份和恢复。使用AOF方式，可以更好地保护Redis数据不丢失，以及提高整个系统的可靠性。

AOF 工作基本流程

AOF 持久化功能的实现可以简单分为 5 步：

1. 命令追加（append）：所有的写命令会追加到 AOF 缓冲区中。

2. 文件写入（write）：将 AOF 缓冲区的数据写入到 AOF 文件中。这一步需要调用write函数（系统调用），write将数据写入到了系统内核缓冲区之后直接返回了（延迟写）。注意！！！此时并没有同步到磁盘。

3. 文件同步（fsync）：AOF 缓冲区根据对应的持久化方式（ fsync 策略）向硬盘做同步操作。这一步需要调用 fsync 函数（系统调用）， fsync 针对单个文件操作，对其进行强制硬盘同步，fsync 将阻塞直到写入磁盘完成后返回，保证了数据持久化。

4. 文件重写（rewrite）：随着 AOF 文件越来越大，需要定期对 AOF 文件进行重写，达到压缩的目的。

5. 重启加载（load）：当 Redis 重启时，可以加载 AOF 文件进行数据恢复。

这里对上面提到的一些 Linux 系统调用再做一遍解释：

write：写入系统内核缓冲区之后直接返回（仅仅是写到缓冲区），不会立即同步到硬盘。虽然提高了效率，但也带来了数据丢失的风险。
同步硬盘操作通常依赖于系统调度机制，Linux 内核通常为 30s 同步一次，具体值取决于写出的数据量和 I/O 缓冲区的状态。

fsync：fsync用于强制刷新系统内核缓冲区（同步到到磁盘），确保写磁盘操作结束才会返回。

内核缓冲区

内核缓冲区（Kernel Buffer）是操作系统内核为了提高磁盘 I/O 性能而设置的一种缓存区域，作为用户进程和磁盘之间的缓冲区。当用户进程执行文件写操作时，数据先被拷贝到内核缓冲区中，然后再由内核将其写入磁盘。内核缓冲区可以减少磁盘 I/O 操作的次数和时间，达到提高写性能的目的。

在Redis的AOF持久化过程中，内核缓冲区也扮演着非常重要的角色。Redis通过调用系统调用write将AOF缓冲区中的数据写入内核缓冲区，并返回给Redis进程。这样做有助于减少Redis进程对磁盘的访问次数，提高写入性能。

然而，这种做法也有一定的风险。如果系统在写入内核缓冲区后发生崩溃或断电等情况，内核缓冲区中的数据可能会丢失。为了避免这种情况，Redis在写入内核缓冲区后，还需要调用系统调用fsync将内核缓冲区中的数据写入磁盘中，并通过强制同步的方式保证数据的可靠性和持久化。

综上所述，内核缓冲区是提高磁盘 I/O 性能的关键因素之一，但同时也需要注意数据的安全性。在Redis的AOF持久化中，需要注意平衡写入性能和数据安全性之间的关系，以便为应用程序提供最高效的永久存储方式。

AOF 持久化策略

在 Redis 的配置文件中存在三种不同的 AOF 持久化方式（ fsync策略），它们分别是：

1. appendfsync always：主线程调用 write 执行写操作后，后台线程（ aof_fsync 线程）立即会调用 fsync 函数同步 AOF 文件（刷盘），fsync 完成后线程返回，这样会严重降低 Redis 的性能（write + fsync）。

2. appendfsync everysec：主线程调用 write 执行写操作后立即返回，由后台线程（ aof_fsync 线程）每秒钟调用 fsync 函数（系统调用）同步一次 AOF 文件（write+fsync，fsync间隔为 1 秒）

3. appendfsync no：主线程调用 write 执行写操作后立即返回，让操作系统决定何时进行同步，Linux 下一般为 30 秒一次（write但不fsync，fsync 的时机由操作系统决定）。

可以看出：这 3 种持久化方式的主要区别在于 fsync 同步 AOF 文件的时机（刷盘）。

为了兼顾数据和写入性能，可以考虑 appendfsync everysec 选项 ，让 Redis 每秒同步一次 AOF 文件，Redis 性能受到的影响较小。而且这样即使出现系统崩溃，用户最多只会丢失一秒之内产生的数据。当硬盘忙于执行写入操作的时候，Redis 还会优雅的放慢自己的速度以便适应硬盘的最大写入速度。

从 Redis 7.0.0 开始，Redis 使用了 Multi Part AOF 机制。顾名思义，Multi Part AOF 就是将原来的单个 AOF 文件拆分成多个 AOF 文件。在 Multi Part AOF 中，AOF 文件被分为三种类型，分别为：BASE：表示基础 AOF 文件，它一般由子进程通过重写产生，该文件最多只有一个。INCR：表示增量 AOF 文件，它一般会在 AOFRW 开始执行时被创建，该文件可能存在多个。HISTORY：表示历史 AOF 文件，它由 BASE 和 INCR AOF 变化而来，每次 AOFRW 成功完成时，本次 AOFRW 之前对应的 BASE 和 INCR AOF 都将变为 HISTORY，HISTORY 类型的 AOF 会被 Redis 自动删除。