Redis存储方式RDB和AOF介绍及持久化的重要性

前言

redis可以干很多事情，我们这里的背景是将redis作为缓存服务器还讨论的。

如果部署了一个redis，主从也好，cluster也罢，我将一些数据存储在它上面，如果没有持久化的话，redis只会存储到内存中，那如果遇到灾难性故障，就会丢失所有数据。这对企业级的应用来说，是个噩梦。

如果我们能将数据持久化，并且指定策略定期同步到备份服务器或者云存储上，就可以保证数据不丢失全部，可以挽回一部分数据，最大化的减少redis崩溃后带来的损失。所以我们需要指定一种方案来解决这个问题。这也是解决redis高可用方案中必不可少的环节。

对于一个企业级的redis架构来说，持久化是不可减少的，持久化主要是做灾难恢复，数据恢复。比如你redis整个挂了，然后redis就不可用了，我们要做的事情是让redis尽快变得可用。想到的是重启redis，尽快让它对外提供服务，但是就像上一讲说，如果你没做数据备份，这个时候redis启动了，也不可用，因为数据都没了

很可能大量的请求过来，缓存全部无法命中，在redis里根本找不到数据，这时候会发生缓存雪崩的问题，所有请求没有在redis命中，就会去mysql数据库这种数据源头中去找，mysql承接高并发，直接打死了。

如果我们把redis的持久化做好，备份和恢复方案做到企业级的程度，那么即使你的redis故障了，也可以通过备份数据，快速恢复，一旦恢复立即对外提供服务

AOF / RDB 简介

Redis中数据存储模式有2种：cache-only,persistence;

1. cache-only即只做为“缓存”服务，不持久数据，数据在服务终止后将消失，此模式下也将不存在“数据恢复”的手段，是一种安全性低/效率高/容易扩展的方式；

2. persistence即为内存中的数据持久备份到磁盘文件，在服务重启后可以恢复，此模式下数据相对安全。

对于persistence持久化存储，Redis提供了两种持久化方法：

1. Redis DataBase(简称RDB)

2. Append-only file (简称AOF)

除了这两种方法，Redis在早起的版本还存在虚拟内存的方法，现在已经被废弃。

RDB概述

RDB是在某个时间点将数据写入一个临时文件，持久化结束后，用这个临时文件替换上次持久化的文件，达到数据恢复。

优点：使用单独子进程来进行持久化，主进程不会进行任何IO操作，保证了redis的高性能

缺点：RDB是间隔一段时间进行持久化，如果持久化之间redis发生故障，会发生数据丢失。所以这种方式更适合数据要求不严谨的时候

这里说的这个执行数据写入到临时文件的时间点是可以通过配置来自己确定的，通过配置redis在n秒内如果超过m个key被修改这执行一次RDB操作。这个操作就类似于在这个时间点来保存一次Redis的所有数据，一次快照数据。所有这个持久化方法也通常叫做snapshots。

RDB默认开启，redis.conf中的具体配置参数如下；

#dbfilename：持久化数据存储在本地的文件
dbfilename dump.rdb
#dir：持久化数据存储在本地的路径，如果是在/redis/redis-3.0.6/src下启动的redis-cli，则数据会存储在当前src目录下
dir ./
##snapshot触发的时机，save <seconds> <changes>
##如下为900秒后，至少有一个变更操作，才会snapshot
##对于此值的设置，需要谨慎，评估系统的变更操作密集程度
##可以通过“save “””来关闭snapshot功能
#save时间，以下分别表示更改了1个key时间隔900s进行持久化存储；更改了10个key300s进行存储；更改10000个key60s进行存储。
save 900 1
save 300 10
save 60 10000
##当snapshot时出现错误无法继续时，是否阻塞客户端“变更操作”，“错误”可能因为磁盘已满/磁盘故障/OS级别异常等
stop-writes-on-bgsave-error yes
##是否启用rdb文件压缩，默认为“yes”，压缩往往意味着“额外的cpu消耗”，同时也意味这较小的文件尺寸以及较短的网络传输时间
rdbcompression yes

snapshot触发的时机，是有“间隔时间”和“变更次数”共同决定，同时符合2个条件才会触发snapshot,否则“变更次数”会被继续累加到下一个“间隔时间”上。snapshot过程中并不阻塞客户端请求。snapshot首先将数据写入临时文件，当成功结束后，将临时文件重名为dump.rdb。

客户端使用命令进行持久化save存储：

./redis-cli -h ip -p port save
./redis-cli -h ip -p port bgsave

一个是在前台进行存储，一个是在后台进行存储。我的client就在server这台服务器上，所以不需要连其他机器，直接./redis-cli bgsave。由于redis是用一个主线程来处理所有 client的请求，这种方式会阻塞所有client请求。所以不推荐使用。另一点需要注意的是，每次快照持久化都是将内存数据完整写入到磁盘一次，并不是增量的只同步脏数据。如果数据量大的话，而且写操作比较多，必然会引起大量的磁盘io操作，可能会严重影响性能。

AOF概述

Append-only file，将“操作 + 数据”以格式化指令的方式追加到操作日志文件的尾部，在append操作返回后(已经写入到文件或者即将写入)，才进行实际的数据变更，“日志文件”保存了历史所有的操作过程；当server需要数据恢复时，可以直接replay此日志文件，即可还原所有的操作过程。AOF相对可靠，它和mysql中bin.log、apache.log、zookeeper中txn-log简直异曲同工。AOF文件内容是字符串，非常容易阅读和解析。

优点：可以保持更高的数据完整性，如果设置追加file的时间是1s，如果redis发生故障，最多会丢失1s的数据；且如果日志写入不完整支持redis-check-aof来进行日志修复；AOF文件没被rewrite之前（文件过大时会对命令进行合并重写），可以删除其中的某些命令（比如误操作的flushall）。

缺点：AOF文件比RDB文件大，且恢复速度慢。

我们可以简单的认为AOF就是日志文件，此文件只会记录“变更操作”(例如：set/del等)，如果server中持续的大量变更操作，将会导致AOF文件非常的庞大，意味着server失效后，数据恢复的过程将会很长；事实上，一条数据经过多次变更，将会产生多条AOF记录，其实只要保存当前的状态，历史的操作记录是可以抛弃的；因为AOF持久化模式还伴生了“AOF rewrite”。

AOF的特性决定了它相对比较安全，如果你期望数据更少的丢失，那么可以采用AOF模式。如果AOF文件正在被写入时突然server失效，有可能导致文件的最后一次记录是不完整，你可以通过手工或者程序的方式去检测并修正不完整的记录，以便通过aof文件恢复能够正常；同时需要提醒，如果你的redis持久化手段中有aof，那么在server故障失效后再次启动前，需要检测aof文件的完整性。

AOF默认关闭，开启方法，修改配置文件

reds.conf：appendonly yes

##此选项为aof功能的开关，默认为“no”，可以通过“yes”来开启aof功能
##只有在“yes”下，aof重写/文件同步等特性才会生效
appendonly yes

##指定aof文件名称
appendfilename appendonly.aof

##指定aof操作中文件同步策略，有三个合法值：always everysec no,默认为everysec
appendfsync everysec
##在aof-rewrite期间，appendfsync是否暂缓文件同步，"no"表示“不暂缓”，“yes”表示“暂缓”，默认为“no”
no-appendfsync-on-rewrite no

##aof文件rewrite触发的最小文件尺寸(mb,gb),只有大于此aof文件大于此尺寸是才会触发rewrite，默认“64mb”，建议“512mb”
auto-aof-rewrite-min-size 64mb

##相对于“上一次”rewrite，本次rewrite触发时aof文件应该增长的百分比。
##每一次rewrite之后，redis都会记录下此时“新aof”文件的大小(例如A)，那么当aof文件增长到A*(1 + p)之后
##触发下一次rewrite，每一次aof记录的添加，都会检测当前aof文件的尺寸。
auto-aof-rewrite-percentage 100

AOF是文件操作，对于变更操作比较密集的server，那么必将造成磁盘IO的负荷加重；此外linux对文件操作采取了“延迟写入”手段，即并非每次write操作都会触发实际磁盘操作，而是进入了buffer中，当buffer数据达到阀值时触发实际写入(也有其他时机)，这是linux对文件系统的优化，但是这却有可能带来隐患，如果buffer没有刷新到磁盘，此时物理机器失效(比如断电)，那么有可能导致最后一条或者多条aof记录的丢失。通过上述配置文件，可以得知redis提供了3中aof记录同步选项：

always：每一条aof记录都立即同步到文件，这是最安全的方式，也以为更多的磁盘操作和阻塞延迟，是IO开支较大。
everysec：每秒同步一次，性能和安全都比较中庸的方式，也是redis推荐的方式。如果遇到物理服务器故障，有可能导致最近一秒内aof记录丢失(可能为部分丢失)。
no：redis并不直接调用文件同步，而是交给操作系统来处理，操作系统可以根据buffer填充情况/通道空闲时间等择机触发同步；这是一种普通的文件操作方式。性能较好，在物理服务器故障时，数据丢失量会因OS配置有关。
其实，我们可以选择的太少，everysec是最佳的选择。如果你非常在意每个数据都极其可靠，建议你选择一款“关系性数据库”吧。

AOF文件会不断增大，它的大小直接影响“故障恢复”的时间,而且AOF文件中历史操作是可以丢弃的。AOF rewrite操作就是“压缩”AOF文件的过程，当然redis并没有采用“基于原aof文件”来重写的方式，而是采取了类似snapshot的方式：基于copy-on-write，全量遍历内存中数据，然后逐个序列到aof文件中。因此AOF rewrite能够正确反应当前内存数据的状态，这正是我们所需要的；rewrite过程中，对于新的变更操作将仍然被写入到原AOF文件中，同时这些新的变更操作也会被redis收集起来(buffer，copy-on-write方式下，最极端的可能是所有的key都在此期间被修改，将会耗费2倍内存)，当内存数据被全部写入到新的aof文件之后，收集的新的变更操作也将会一并追加到新的aof文件中，此后将会重命名新的aof文件为appendonly.aof,此后所有的操作都将被写入新的aof文件。如果在rewrite过程中，出现故障，将不会影响原AOF文件的正常工作，只有当rewrite完成之后才会切换文件，因为rewrite过程是比较可靠的。

触发rewrite的时机可以通过配置文件来声明，同时redis中可以通过bgrewriteaof指令人工干预。

redis-cli -h ip -p port bgrewriteaof

因为rewrite操作/aof记录同步/snapshot都消耗磁盘IO，redis采取了“schedule”策略：无论是“人工干预”还是系统触发，snapshot和rewrite需要逐个被执行。

AOF rewrite过程并不阻塞客户端请求。系统会开启一个子进程来完成

RDB和AOF两种持久化机制

RDB持久化机制，对redis中的数据执行周期性的持久化

AOF机制对每条写入命令作为日志，以append-only的模式写入一个日志文件中，在redis重启的时候，可以通过回放AOF日志中的写入指令来重新构建整个数据集

如果我们想要redis仅仅作为纯内存的缓存来用，那么可以禁止RDB和AOF所有的持久化机制。

通过RDB或AOF，都可以将redis内存中的数据持久化到磁盘上面来，然后可以将这些数据备份到别的地方去，比如说阿里云，云服务

如果redis挂了，服务器上的内存和磁盘上的数据都丢了，可以从云服务上拷贝回来之前的数据，放到指定的目录中，然后重新启动redis，redis就会自动根据持久化数据文件中的数据，去恢复内存中的数据，继续对外提供服务

如果同时使用RDB和AOF两种持久化机制，那么在redis重启的时候，会使用AOF来重新构建数据，因为AOF中的数据更加完整

RDB持久化机制的优点

（1）RDB会生成多个数据文件，每个数据文件都代表了某一个时刻中redis的数据，这种多个数据文件的方式，非常适合做冷备，可以将这种完整的数据文件发送到一些远程的安全存储上去，比如说Amazon的S3云服务上去，在国内可以是阿里云的ODPS分布式存储上，以预定好的备份策略来定期备份redis中的数据

（2）RDB对redis对外提供的读写服务，影响非常小，可以让redis保持高性能，因为redis主进程只需要fork一个子进程，让子进程执行磁盘IO操作来进行RDB持久化即可

（3）相对于AOF持久化机制来说，直接基于RDB数据文件来重启和恢复redis进程，更加快速

RDB持久化机制的缺点

（1）如果想要在redis故障时，尽可能少的丢失数据，那么RDB没有AOF好。一般来说，RDB数据快照文件，都是每隔5分钟，或者更长时间生成一次，这个时候就得接受一旦redis进程宕机，那么会丢失最近5分钟的数据

（2）RDB每次在fork子进程来执行RDB快照数据文件生成的时候，如果数据文件特别大，可能会导致对客户端提供的服务暂停数毫秒，或者甚至数秒

AOF持久化机制的优点

（1）AOF可以更好的保护数据不丢失，一般AOF会每隔1秒，通过一个后台线程执行一次fsync操作，最多丢失1秒钟的数据

（2）AOF日志文件以append-only模式写入，所以没有任何磁盘寻址的开销，写入性能非常高，而且文件不容易破损，即使文件尾部破损，也很容易修复

（3）AOF日志文件即使过大的时候，出现后台重写操作，也不会影响客户端的读写。因为在rewrite log的时候，会对其中的指导进行压缩，创建出一份需要恢复数据的最小日志出来。再创建新日志文件的时候，老的日志文件还是照常写入。当新的merge后的日志文件ready的时候，再交换新老日志文件即可。

（4）AOF日志文件的命令通过非常可读的方式进行记录，这个特性非常适合做灾难性的误删除的紧急恢复。比如某人不小心用flushall命令清空了所有数据，只要这个时候后台rewrite还没有发生，那么就可以立即拷贝AOF文件，将最后一条flushall命令给删了，然后再将该AOF文件放回去，就可以通过恢复机制，自动恢复所有数据

AOF持久化机制的缺点

（1）对于同一份数据来说，AOF日志文件通常比RDB数据快照文件更大

（2）AOF开启后，支持的写QPS会比RDB支持的写QPS低，因为AOF一般会配置成每秒fsync一次日志文件，当然，每秒一次fsync，性能也还是很高的

（3）以前AOF发生过bug，就是通过AOF记录的日志，进行数据恢复的时候，没有恢复一模一样的数据出来。所以说，类似AOF这种较为复杂的基于命令日志/merge/回放的方式，比基于RDB每次持久化一份完整的数据快照文件的方式，更加脆弱一些，容易有bug。不过AOF就是为了避免rewrite过程导致的bug，因此每次rewrite并不是基于旧的指令日志进行merge的，而是基于当时内存中的数据进行指令的重新构建，这样健壮性会好很多。

RDB和AOF到底该如何选择

AOF和RDB各有优缺点，这是有它们各自的特点所决定：

- AOF更加安全，可以将数据更加及时的同步到文件中，但是AOF需要较多的磁盘IO开支，AOF文件尺寸较大，文件内容恢复数度相对较慢

- snapshot，安全性较差，它是“正常时期”数据备份以及master-slave数据同步的最佳手段，文件尺寸较小，恢复数度较快。

（1）不要仅仅使用RDB，因为那样会导致你丢失很多数据

（2）也不要仅仅使用AOF，因为那样有两个问题，第一，你通过AOF做冷备，没有RDB做冷备，来的恢复速度更快; 第二，RDB每次简单粗暴生成数据快照，更加健壮，可以避免AOF这种复杂的备份和恢复机制的bug

（3）综合使用AOF和RDB两种持久化机制，用AOF来保证数据不丢失，作为数据恢复的第一选择; 用RDB来做不同程度的冷备，在AOF文件都丢失或损坏不可用的时候，还可以使用RDB来进行快速的数据恢复

另一种说法：

可以通过配置文件来指定它们中的一种，或者同时使用它们(不建议同时使用)，或者全部禁用，在架构良好的环境中，master通常使用AOF，slave使用snapshot，主要原因是master需要首先确保数据完整性，它作为数据备份的第一选择；slave提供只读服务(目前slave只能提供读取服务)，它的主要目的就是快速响应客户端read请求；但是如果你的redis运行在网络稳定性差/物理环境糟糕情况下，建议你master和slave均采取AOF，这个在master和slave角色切换时，可以减少“人工数据备份”/“人工引导数据恢复”的时间成本；如果你的环境一切非常良好，且服务需要接收密集性的write操作，那么建议master采取snapshot，而slave采用AOF。