redis跟memcached類似，都是內存數(shù)據(jù)庫，不過redis支持數(shù)據(jù)持久化，也就是說redis可以將內存中的數(shù)據(jù)同步到磁盤來持久化，以確保redis 的數(shù)據(jù)安全。不過持久化這塊可能比較容易產生誤解，下面聊聊這塊。

Redis持久化是如何工作的?

什么是持久化?簡單來講就是將數(shù)據(jù)放到斷電后數(shù)據(jù)不會丟失的設備中，也就是我們通常理解的硬盤上。

1. 數(shù)據(jù)庫寫操作的5個過程

首先我們來看一下數(shù)據(jù)庫在進行寫操作時到底做了哪些事，主要有下面五個過程：

• 客戶端向服務端發(fā)送寫操作(數(shù)據(jù)在客戶端的內存中)。
• 數(shù)據(jù)庫服務端接收到寫請求的數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)在服務端的內存中)。
• 服務端調用write這個系統(tǒng)調用，將數(shù)據(jù)往磁盤上寫(數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內存的緩沖區(qū)中)。
• 操作系統(tǒng)將緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)轉移到磁盤控制器上(數(shù)據(jù)在磁盤緩存中)。
• 磁盤控制器將數(shù)據(jù)寫到磁盤的物理介質中(數(shù)據(jù)真正落到磁盤上)。

2. 故障分析

寫操作大致有上面5個流程，當數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)故障時，這時候系統(tǒng)內核還是完好的。那么此時只要我們執(zhí)行完了第3步，那么數(shù)據(jù)就是安全的，因為后續(xù)操作系統(tǒng)會來完成后面幾步，保證數(shù)據(jù)最終會落到磁盤上。當系統(tǒng)斷電時，這時候上面5項中提到的所有緩存都會失效，并且數(shù)據(jù)庫和操作系統(tǒng)都會停止工作。所以只有當數(shù)據(jù)在完成第5步后，才能保證在斷電后數(shù)據(jù)不丟失。

【補充】這里可能有幾個疑問：

• 數(shù)據(jù)庫多長時間調用一次write，將數(shù)據(jù)寫到內核緩沖區(qū)?
• 內核多長時間會將系統(tǒng)緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)寫到磁盤控制器?
• 磁盤控制器又在什么時候把緩存中的數(shù)據(jù)寫到物理介質上?

對于***個問題，通常數(shù)據(jù)庫層面會進行全面控制。

而對第二個問題，操作系統(tǒng)有其默認的策略，但是我們也可以通過POSIX API提供的fsync系列命令強制操作系統(tǒng)將數(shù)據(jù)從內核區(qū)寫到磁盤控制器上。

對于第三個問題，看起來數(shù)據(jù)庫已經無法觸及，但實際上，大多數(shù)情況下磁盤緩存是被設置關閉的，或者是只開啟為讀緩存，也就是說寫操作不會進行緩存，直接寫到磁盤。建議的做法是僅僅當你的磁盤設備有備用電池時才開啟寫緩存。

3. 數(shù)據(jù)損壞

所謂數(shù)據(jù)損壞，就是數(shù)據(jù)無法恢復，上面我們講的都是如何保證數(shù)據(jù)是確實寫到磁盤上去，但是寫到磁盤上可能并不意味著數(shù)據(jù)不會損壞。比如我們可能一次寫請求會進行兩次不同的寫操作，當意外發(fā)生時，可能會導致一次寫操作安全完成，但是另一次還沒有進行。如果數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)文件結構組織不合理，可能就會導致數(shù)據(jù)完全不能恢復的狀況出現(xiàn)。

三種解決策略：

• 最粗糙的處理，就是不通過數(shù)據(jù)的組織形式保證數(shù)據(jù)的可恢復性。而是通過配置數(shù)據(jù)同步備份的方式，在數(shù)據(jù)文件損壞后通過數(shù)據(jù)備份來進行恢復。實際上MongoDB在不開啟操作日志，通過配置Replica Sets時就是這種情況。
• 在上面基礎上添加一個操作日志，每次操作時記一下操作的行為，這樣我們可以通過操作日志來進行數(shù)據(jù)恢復。因為操作日志是順序追加的方式寫的，所以不會出現(xiàn)操作日志也無法恢復的情況。這也類似于MongoDB開啟了操作日志的情況。
• 更保險的做法是數(shù)據(jù)庫不進行舊數(shù)據(jù)的修改，只是以追加方式去完成寫操作，這樣數(shù)據(jù)本身就是一份日志，這樣就永遠不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)無法恢復的情況了。實際上CouchDB就是此做法的優(yōu)秀范例。

那么，redis又針對持久化提供了什么方式呢?

redis持久化的兩種方式

redis提供了兩種持久化的方式，分別是RDB(Redis DataBase)和AOF(Append Only File)。

RDB，簡而言之，就是將存儲的數(shù)據(jù)快照的方式存儲到磁盤上，

AOF，則是將redis執(zhí)行過的所有寫指令記錄下來，通過write函數(shù)追加到AOF文件的末尾。在下次redis重新啟動時，只要把這些寫指令從前到后再重復執(zhí)行一遍，就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)恢復了。

RDB機制

1. 概念

RDB持久化是指在指定的時間間隔內將內存中的數(shù)據(jù)集快照寫入磁盤。也是默認的持久化方式，這種方式是就是將內存中數(shù)據(jù)以快照的方式寫入到二進制文件中,默認的文件名為dump.rdb。

可以通過配置設置自動做快照持久化的方式。我們可以配置redis在n秒內如果超過m個key被修改就自動做快照，下面是默認的快照保存配置

save 900 1 #900秒內如果超過1個key被修改，則發(fā)起快照保存 
save 300 10 #300秒內容如超過10個key被修改，則發(fā)起快照保存 
save 60 10000 

2. RDB文件保存過程

• redis調用fork,現(xiàn)在有了子進程和父進程。
• 父進程繼續(xù)處理client請求，子進程負責將內存內容寫入到臨時文件。由于os的寫時復制機制(copy on write)父子進程會共享相同的物理頁面，當父進程處理寫請求時os會為父進程要修改的頁面創(chuàng)建副本，而不是寫共享的頁面。所以子進程的地址空間內的數(shù) 據(jù)是fork時刻整個數(shù)據(jù)庫的一個快照。
• 當子進程將快照寫入臨時文件完畢后，用臨時文件替換原來的快照文件，然后子進程退出。

client 也可以使用save或者bgsave命令通知redis做一次快照持久化。save操作是在主線程中保存快照的，由于redis是用一個主線程來處理所有 client的請求，這種方式會阻塞所有client請求。所以不推薦使用。

另一點需要注意的是，每次快照持久化都是將內存數(shù)據(jù)完整寫入到磁盤一次，并不是增量的只同步臟數(shù)據(jù)。如果數(shù)據(jù)量大的話，而且寫操作比較多，必然會引起大量的磁盤io操作，可能會嚴重影響性能。

3. 優(yōu)勢

• 一旦采用該方式，那么你的整個Redis數(shù)據(jù)庫將只包含一個文件，這樣非常方便進行備份。比如你可能打算每1天歸檔一些數(shù)據(jù)。
• 方便備份，我們可以很容易的將一個一個RDB文件移動到其他的存儲介質上
• RDB 在恢復大數(shù)據(jù)集時的速度比 AOF 的恢復速度要快。
• RDB 可以***化 Redis 的性能：父進程在保存 RDB 文件時唯一要做的就是 fork 出一個子進程，然后這個子進程就會處理接下來的所有保存工作，父進程無須執(zhí)行任何磁盤 I/O 操作。

4. 劣勢

• 如果你需要盡量避免在服務器故障時丟失數(shù)據(jù)，那么 RDB 不適合你。 雖然 Redis 允許你設置不同的保存點(save point)來控制保存 RDB 文件的頻率， 但是， 因為RDB 文件需要保存整個數(shù)據(jù)集的狀態(tài)， 所以它并不是一個輕松的操作。 因此可能會至少 5 分鐘才保存一次 RDB 文件。 在這種情況下， 一旦發(fā)生故障停機就可能會丟失好幾分鐘的數(shù)據(jù)。
• 每次保存 RDB 的時候，Redis 都要 fork() 出一個子進程，并由子進程來進行實際的持久化工作。 在數(shù)據(jù)集比較龐大時， fork() 可能會非常耗時，造成服務器在某某毫秒內停止處理客戶端; 如果數(shù)據(jù)集非常巨大，并且 CPU 時間非常緊張的話，那么這種停止時間甚至可能會長達整整一秒。 雖然 AOF 重寫也需要進行 fork() ，但無論 AOF 重寫的執(zhí)行間隔有多長，數(shù)據(jù)的耐久性都不會有任何損失。

AOF

1. 概念

redis會將每一個收到的寫命令都通過write函數(shù)追加到文件中(默認是 appendonly.aof)。

當redis重啟時會通過重新執(zhí)行文件中保存的寫命令來在內存中重建整個數(shù)據(jù)庫的內容。當然由于os會在內核中緩存 write做的修改，所以可能不是立即寫到磁盤上。這樣aof方式的持久化也還是有可能會丟失部分修改。

可以通過配置文件告訴redis通過fsync函數(shù)強制os寫入到磁盤的時機。有三種方式如下(默認是：每秒fsync一次)

appendonly yes //啟用aof持久化方式 
# appendfsync always //每次收到寫命令就立即強制寫入磁盤，最慢的，但是保證完全的持久化，不推薦使用 
appendfsync everysec //每秒鐘強制寫入磁盤一次，在性能和持久化方面做了很好的折中，推薦 
# appendfsync no //完全依賴os，性能***,持久化沒保證 

2. AOF文件保存過程

aof 的方式也同時帶來了另一個問題。持久化文件會變的越來越大。例如我們調用incr test命令100次，文件中必須保存全部的100條命令，其實有99條都是多余的。因為要恢復數(shù)據(jù)庫的狀態(tài)其實文件中保存一條set test 100就夠了。

為了壓縮aof的持久化文件。redis提供了bgrewriteaof命令。收到此命令redis將使用與快照類似的方式將內存中的數(shù)據(jù) 以命令的方式保存到臨時文件中，***替換原來的文件。具體過程如下：

• redis調用fork ，現(xiàn)在有父子兩個進程
• 子進程根據(jù)內存中的數(shù)據(jù)庫快照，往臨時文件中寫入重建數(shù)據(jù)庫狀態(tài)的命令
• 父進程繼續(xù)處理client請求，除了把寫命令寫入到原來的aof文件中。同時把收到的寫命令緩存起來。這樣就能保證如果子進程重寫失敗的話并不會出問題。
• 當子進程把快照內容寫入已命令方式寫到臨時文件中后，子進程發(fā)信號通知父進程。然后父進程把緩存的寫命令也寫入到臨時文件。
• 現(xiàn)在父進程可以使用臨時文件替換老的aof文件，并重命名，后面收到的寫命令也開始往新的aof文件中追加。

需要注意到是重寫aof文件的操作，并沒有讀取舊的aof文件，而是將整個內存中的數(shù)據(jù)庫內容用命令的方式重寫了一個新的aof文件,這點和快照有點類似。

3. 優(yōu)勢

• 使用 AOF 持久化會讓 Redis 變得非常耐久：你可以設置不同的 fsync 策略，比如無 fsync ，每秒鐘一次 fsync ，或者每次執(zhí)行寫入命令時 fsync 。AOF 的默認策略為每秒鐘 fsync 一次，在這種配置下，Redis 仍然可以保持良好的性能，并且就算發(fā)生故障停機，也最多只會丟失一秒鐘的數(shù)據(jù)( fsync 會在后臺線程執(zhí)行，所以主線程可以繼續(xù)努力地處理命令請求)。
• AOF 文件是一個只進行追加操作的日志文件， 因此對 AOF 文件的寫入不需要進行 seek ， 即使日志因為某些原因而包含了未寫入完整的命令(比如寫入時磁盤已滿，寫入中途停機，等等)， redis-check-aof 工具也可以輕易地修復這種問題。
• Redis 可以在 AOF 文件體積變得過大時，自動地在后臺對 AOF 進行重寫： 重寫后的新 AOF 文件包含了恢復當前數(shù)據(jù)集所需的最小命令集合。 整個重寫操作是絕對安全的，因為 Redis 在創(chuàng)建新 AOF 文件的過程中，會繼續(xù)將命令追加到現(xiàn)有的 AOF 文件里面，即使重寫過程中發(fā)生停機，現(xiàn)有的 AOF 文件也不會丟失。 而一旦新 AOF 文件創(chuàng)建完畢，Redis 就會從舊 AOF 文件切換到新 AOF 文件，并開始對新 AOF 文件進行追加操作。
• AOF 文件有序地保存了對數(shù)據(jù)庫執(zhí)行的所有寫入操作， 這些寫入操作以 Redis 協(xié)議的格式保存， 因此 AOF 文件的內容非常容易被人讀懂， 對文件進行分析(parse)也很輕松。 導出(export) AOF 文件也非常簡單： 舉個例子， 如果你不小心執(zhí)行了 FLUSHALL 命令， 但只要 AOF 文件未被重寫， 那么只要停止服務器， 移除 AOF 文件末尾的 FLUSHALL 命令， 并重啟 Redis ， 就可以將數(shù)據(jù)集恢復到 FLUSHALL 執(zhí)行之前的狀態(tài)。

4. 劣勢

• 對于相同的數(shù)據(jù)集來說，AOF 文件的體積通常要大于 RDB 文件的體積。
• 根據(jù)所使用的 fsync 策略，AOF 的速度可能會慢于 RDB 。 在一般情況下， 每秒 fsync 的性能依然非常高， 而關閉 fsync 可以讓 AOF 的速度和 RDB 一樣快， 即使在高負荷之下也是如此。 不過在處理巨大的寫入載入時，RDB 可以提供更有保證的***延遲時間。

總結

對于我們應該選擇RDB還是AOF，取決于具體的應用場景，官方的建議是兩個同時使用。這樣可以提供更可靠的持久化方案。其實RDB和AOF兩種方式也可以同時使用，在這種情況下，如果redis重啟的話，則會優(yōu)先采用AOF方式來進行數(shù)據(jù)恢復，這是因為AOF方式的數(shù)據(jù)恢復完整度更高。

如果你沒有數(shù)據(jù)持久化的需求，也完全可以關閉RDB和AOF方式，這樣的話，redis將變成一個純內存數(shù)據(jù)庫，就像memcache一樣。