Redis持久化

概述

Redis的强大性能很大程度上都是因为所有数据都是存储在内存中的,然而当Redis重启后,所有存储在内存中的数据将会丢失,在很多情况下是无法容忍这样的事情的。所以,我们需要将内存中的数据持久化!典型的需要持久化数据的场景如下:

  • 将Redis作为数据库使用;
  • 将Redis作为缓存服务器使用,但是缓存miss后会对性能造成很大影响,所有缓存同时失效时会造成服务雪崩,无法响应。

本文介绍Redis所支持的两种数据持久化方式。

Redis数据持久化

Redis支持两种数据持久化方式:RDB方式和AOF方式。前者会根据配置的规则定时将内存中的数据持久化到硬盘上,后者则是在每次执行写命令之后将命令记录下来。两种持久化方式可以单独使用,但是通常会将两者结合使用。

RDB方式

RDB方式的持久化是通过快照的方式完成的。当符合某种规则时,会将内存中的数据全量生成一份副本存储到硬盘上,这个过程称作”快照”,Redis会在以下几种情况下对数据进行快照:

  • 根据配置规则进行自动快照;
  • 用户执行SAVE, BGSAVE命令;
  • 执行FLUSHALL命令;
  • 执行复制(replication)时。
  • 执行快照的场景
根据配置自动快照

Redis允许用户自定义快照条件,当满足条件时自动执行快照,快照规则的配置方式如下:

save 900 1
save 300 10
save 60 10000

每个快照条件独占一行,他们之间是或(||)关系,只要满足任何一个就进行快照。上面配置save后的第一个参数T是时间,单位是秒,第二个参数M是更改的键的个数,含义是:当时间T内被更改的键的个数大于M时,自动进行快照。比如save 900 1的含义是15分钟内(900s)被更改的键的个数大于1时,自动进行快照操作。

执行SAVE或BGSAVE命令

除了让Redis自动进行快照外,当我们需要重启,迁移,备份Redis时,我们也可以手动执行SAVE或BGSAVE命令主动进行快照操作。

  • SAVE命令:当执行SAVE命令时,Redis同步进行快照操作,期间会阻塞所有来自客户端的请求,所以放数据库数据较多时,应该避免使用该命令;
  • BGSAVE命令: 从命令名字就能看出来,这个命令与SAVE命令的区别就在于该命令的快照操作是在后台异步进行的,进行快照操作的同时还能处理来自客户端的请求。执行BGSAVE命令后Redis会马上返回OK表示开始进行快照操作,如果想知道快照操作是否已经完成,可以使用LASTSAVE命令返回最近一次成功执行快照的时间,返回结果是一个Unix时间戳。
执行FLUSHALL命令

当执行FLUSHALL命令时,Redis会清除数据库中的所有数据。需要注意的是:不论清空数据库的过程是否触发 了自动快照的条件,只要自动快照条件不为空,Redis就会执行一次快照操作,当没有定义自动快照条件时,执行FLUSHALL命令不会进行快照操作。

执行复制

当设置了主从模式时,Redis会在复制初始化是进行自动快照。

快照原理

Redis默认会将快照文件存储在Redis当前进程的工作目录的dump.rdb文件中,可以通过配置文件中的dir和dbfilename两个参数分别指定快照文件的存储路径和文件名,例如:

dbfilename dump.rdb
dir /opt/soft/redis-3.0.4/cache

快照执行的过程如下:

  • Redis使用fork函数复制一份当前进程(父进程)的副本(子进程);
  • 父进程继续处理来自客户端的请求,子进程开始将内存中的数据写入硬盘中的临时文件;
  • 当子进程写完所有的数据后,用该临时文件替换旧的RDB文件,至此,一次快照操作完成。

需要注意的是:

在执行fork是时候操作系统(类Unix操作系统)会使用写时复制(copy-on-write)策略,即fork函数发生的一刻,父进程和子进程共享同一块内存数据,当父进程需要修改其中的某片数据(如执行写命令)时,操作系统会将该片数据复制一份以保证子进程不受影响,所以RDB文件存储的是执行fork操作那一刻的内存数据。所以RDB方式理论上是会存在丢数据的情况的(fork之后修改的的那些没有写进RDB文件)。

通过上述的介绍可以知道,快照进行时时不会修改RDB文件的,只有完成的时候才会用临时文件替换老的RDB文件,所以就保证任何时候RDB文件的都是完整的。这使得我们可以通过定时备份RDB文件来实现Redis数据的备份。RDB文件是经过压缩处理的二进制文件,所以占用的空间会小于内存中数据的大小,更有利于传输。

Redis启动时会自动读取RDB快照文件,将数据从硬盘载入到内存,根据数量的不同,这个过程持续的时间也不尽相同,通常来讲,一个记录1000万个字符串类型键,大小为1GB的快照文件载入到内存需要20-30秒的时间。

示例

下面演示RDB方式持久化,首先使用配置有如下快照规则:

save 900 1
save 300 10
save 60 10000
dbfilename dump.rdb
dir /opt/soft/redis-3.0.4/cache

的配置文件/opt/soft/redis-3.0.4/conf/redis.conf启动Redis服务:

然后通过客户端设置一个键值:

[root@localhost~]$ /opt/soft/redis-3.0.4/src/redis-cli -p 6379
127.0.0.1:6379> set test-rdb HelloWorld
OK
127.0.0.1:6379> get test-rdb
"HelloWorld"
127.0.0.1:6379>

现在强行kill Redis服务:

现在到/opt/soft/redis-3.0.4/cache目录看,目录下出现了Redis的快照文件dump.rdb:

[root@localhost/opt/soft/redis-3.0.4/cache]$ ls
dump.rdb

现在重新启动Redis:

然后再用客户端连接,检查之前设置的key是否还存在:

[qifuguang@Mac~]$ /opt/soft/redis-3.0.4/src/redis-cli -p 6379
127.0.0.1:6379> get test-rdb
"HelloWorld"
127.0.0.1:6379>

可以发现,之前设置的key在Redis重启之后又通过快照文件dump.rdb恢复了。

AOF方式

在使用Redis存储非临时数据时,一般都需要打开AOF持久化来降低进程终止导致的数据丢失,AOF可以将Redis执行的每一条写命令追加到硬盘文件中,这已过程显然会降低Redis的性能,但是大部分情况下这个影响是可以接受的,另外,使用较快的硬盘能提高AOF的性能。

开启AOF

默认情况下,Redis没有开启AOF(append only file)持久化功能,可以通过在配置文件中作如下配置启用:

appendonly yes

开启之后,Redis每执行一条写命令就会将该命令写入硬盘中的AOF文件。AOF文件保存路径和RDB文件路径是一致的,都是通过dir参数配置,默认文件名是:appendonly.aof,可以通过配置appendonlyfilename参数修改,例如:

appendonlyfilename appendonly.aof
AOF持久化的实现

AOF纯文本的形式记录了Redis执行的写命令,例如在开启AOF持久化的情况下执行如下命令:

[root@localhost/opt/soft/redis-3.0.4]$ ./src/redis-cli
127.0.0.1:6379>
127.0.0.1:6379>
127.0.0.1:6379>
127.0.0.1:6379> set aof1 value1
OK
127.0.0.1:6379> set aof2 value2
OK
127.0.0.1:6379>

然后查看/opt/soft/redis-3.0.4/cache/appendonly.aof文件:

[root@localhost/opt/soft/redis-3.0.4/cache]$ cat appendonly.aof
*2
$6
SELECT
$1
0
*3
$3
set
$4
aof1
$6
value1
*3
$3
set
$4
aof2
$6
value2

文件中的内容正是Redis刚才执行的命令的内容,内容的格式就先不展开叙述了。

AOF文件重写

假设Redis执行了如下命令:

[root@localhost/opt/soft/redis-3.0.4]$ ./src/redis-cli
127.0.0.1:6379>
127.0.0.1:6379>
127.0.0.1:6379>
127.0.0.1:6379> set k v1
OK
127.0.0.1:6379> set k v2
OK
127.0.0.1:6379> set k v3
OK
127.0.0.1:6379>

如果这所有的命令都写到AOF文件的话,将是一个比较蠢行为,因为前面两个命令会被第三个命令覆盖,所以AOF文件完全不需要保存前面两个文件,事实上Redis确实就是这么做的。删除AOF文件中无用的命令的过程成为”AOF重写”,AOF重写可以在配置文件中做相应的配置,当满足配置的条件时,自动进行AOF重写操作。配置如下:

auto-aof-rewrite-percentage 100
auto-aof-rewrite-min-size 64mb

第一行的意思是,目前的AOF文件的大小超过上一次重写时的AOF文件的百分之多少时再次进行重写,如果之前没有重写过,则以启动时AOF文件大小为依据。
第二行的意思是,当AOF文件的大小大于64MB时才进行重写,因为如果AOF文件本来就很小时,有几个无效的命令也是无伤大雅的事情。
这两个配置项通常一起使用。

我们还可以手动执行BDREWRITEAOF命令主动让Redis重写AOF文件,执行重写命令之后查看现在的AOF文件:

[root@localhost/opt/soft/redis-3.0.4]$ cat cache/appendonly.aof
*2
$6
SELECT
$1
0
*3
$3
SET
$4
aof2
$6
value2
*3
$3
SET
$1
k
$2
v3
*3
$3
SET
$4
aof1
$6
value1

可以看到,文件中并没有再记录set k v1这样的无效命令。

同步硬盘数据

虽然每次执行更改数据库的内容时,AOF都会记录执行的命令,但是由于操作系统本身的硬盘缓存的缘故,AOF文件的内容并没有真正地写入硬盘,在默认情况下,操作系统会每隔30s将硬盘缓存中的数据同步到硬盘,但是为了防止系统异常退出而导致丢数据的情况发生,我们还可以在Redis的配置文件中配置这个同步的频率:

# appendfsync always
appendfsync everysec
# appendfsync no

第一行表示每次AOF写入一个命令都会执行同步操作,这是最安全也是最慢的方式;
第二行表示每秒钟进行一次同步操作,一般来说使用这种方式已经足够;
第三行表示不主动进行同步操作,这是最不安全的方式。

原文链接

标签: Redis

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