為什么需要持久化？
由于Redis是一種內(nèi)存型數(shù)據(jù)庫，即服務器在運行時，系統(tǒng)為其分配了一部分內(nèi)存存儲數(shù)據(jù)，一旦服務器掛了，或者突然宕機了，那么數(shù)據(jù)庫里面的數(shù)據(jù)將會丟失，為了使服務器即使突然關機也能保存數(shù)據(jù)，必須通過持久化的方式將數(shù)據(jù)從內(nèi)存保存到磁盤中。
對于進行持久化的程序來說，數(shù)據(jù)從程序寫到計算機的磁盤的流程如下：
1、客戶端發(fā)送一個寫指令給數(shù)據(jù)庫（此時數(shù)據(jù)在客戶端的內(nèi)存）
2、數(shù)據(jù)庫接收到寫的指令以及數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)此時在服務端的內(nèi)存）
3、數(shù)據(jù)庫發(fā)起一個系統(tǒng)調(diào)用，把數(shù)據(jù)寫到磁盤（此時數(shù)據(jù)在內(nèi)核的內(nèi)存）
4、操作系統(tǒng)把數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱疟P控制器（數(shù)據(jù)此時在磁盤緩存中）
5、磁盤控制器執(zhí)行真正寫入數(shù)據(jù)到物理媒介的操作（如磁盤）
如果只是考慮數(shù)據(jù)庫層面，數(shù)據(jù)在第三階段之后就安全了，在這個時候，系統(tǒng)調(diào)用已經(jīng)發(fā)起了，即使數(shù)據(jù)庫進程奔潰了，系統(tǒng)調(diào)用會繼續(xù)進行，也能順利將數(shù)據(jù)寫入到磁盤中。 在這一步之后，在第4步內(nèi)核會將數(shù)據(jù)從內(nèi)核緩存保存到磁盤緩存中，但為了系統(tǒng)的效率問題，默認情況下不會太頻繁地執(zhí)行這個動作，大概會在30s執(zhí)行一次，這就意味著如果這一步失敗了或者就在進行這一步的時候服務器突然關機了，那么就可能會有30s的數(shù)據(jù)丟失了，這種比較普通的災難性問題也是需要考慮的。
POSIX API也提供了一個系統(tǒng)調(diào)用讓內(nèi)核強制將緩存數(shù)據(jù)寫入到磁盤中，比較常見的就是fsync系統(tǒng)調(diào)用。
int fsync(int fd);
fsync函數(shù)只對由文件描述符fd指定的一個文件起作用，并且等待寫磁盤操作結束后才返回。每次調(diào)用fsync時，會初始化一個寫操作，然后把緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)寫入到磁盤中。fsync()函數(shù)在完成寫操作的時候會阻塞進程，如果其他線程也在寫同一個文件，它也會阻塞其他線程，直到完成寫操作。
持久化
持久化是將程序數(shù)據(jù)在持久狀態(tài)和瞬時狀態(tài)間轉換的機制。對于程序來說，程序運行中數(shù)據(jù)是在內(nèi)存的，如果沒有及時同步寫入到磁盤，那么一旦斷電或者程序突然奔潰，數(shù)據(jù)就會丟失了，只有把數(shù)據(jù)及時同步到磁盤，數(shù)據(jù)才能永久保存，不會因為宕機影像數(shù)據(jù)的有效性。而持久化就是將數(shù)據(jù)從程序同步到磁盤的一個動作過程。
Redis的持久化
redis有RDB和AOF兩種持久化方式。RDB是快照文件的方式，redis通過執(zhí)行SAVE/BGSAVE命令，執(zhí)行數(shù)據(jù)的備份，將redis當前的數(shù)據(jù)保存到*.rdb文件中，文件保存了所有的數(shù)據(jù)集合。AOF是服務器通過讀取配置，在指定的時間里，追加redis寫操作的命令到*.aof文件中，是一種增量的持久化方式。
RDB
RDB文件通過SAVE或BGSAVE命令實現(xiàn)。 SAVE命令會阻塞Redis服務進程，直到RDB文件創(chuàng)建完成為止。 BGSAVE命令通過fork子進程，有子進程來進行創(chuàng)建RDB文件，父進程和子進程共享數(shù)據(jù)段，父進程繼續(xù)提供讀寫服務，子進程實現(xiàn)備份功能。BGSAVE階段只有在需要修改共享數(shù)據(jù)段的時候才進行拷貝，也就是COW（Copy On Write）。SAVE創(chuàng)建RDB文件可以通過設置多個保存條件，只要其中一個條件滿足，就可以在后臺執(zhí)行SAVE操作。
SAVE和BGSAVE命令的實現(xiàn)代碼如下：
void saveCommand(client *c) {
// BGSAVE執(zhí)行時不能執(zhí)行SAVE
if (server.rdb_child_pid != -1) {
addReplyError(c,"Background save already in progress");
return;
}
rdbSaveInfo rsi, *rsiptr;
rsiptr = rdbPopulateSaveInfo(rsi);
// 調(diào)用rdbSave函數(shù)執(zhí)行備份（阻塞當前客戶端）
if (rdbSave(server.rdb_filename,rsiptr) == C_OK) {
addReply(c,shared.ok);
} else {
addReply(c,shared.err);
}
}
/*
* BGSAVE 命令實現(xiàn) [可選參數(shù)"schedule"]
*/
void bgsaveCommand(client *c) {
int schedule = 0;
/* 當AOF正在執(zhí)行時，SCHEDULE參數(shù)修改BGSAVE的效果
* BGSAVE會在之后執(zhí)行，而不是報錯
* 可以理解為：BGSAVE被提上日程
*/
if (c->argc > 1) {
// 參數(shù)只能是"schedule"
if (c->argc == 2 !strcasecmp(c->argv[1]->ptr,"schedule")) {
schedule = 1;
} else {
addReply(c,shared.syntaxerr);
return;
}
}
// BGSAVE正在執(zhí)行，不操作
if (server.rdb_child_pid != -1) {
addReplyError(c,"Background save already in progress");
} else if (server.aof_child_pid != -1) {
// aof正在執(zhí)行，如果schedule==1，BGSAVE被提上日程
if (schedule) {
server.rdb_bgsave_scheduled = 1;
addReplyStatus(c,"Background saving scheduled");
} else {
addReplyError(c,
"An AOF log rewriting in progress: can't BGSAVE right now. "
"Use BGSAVE SCHEDULE in order to schedule a BGSAVE whenever "
"possible.");
}
} else if (rdbSaveBackground(server.rdb_filename,NULL) == C_OK) {// 否則調(diào)用rdbSaveBackground執(zhí)行備份操作
addReplyStatus(c,"Background saving started");
} else {
addReply(c,shared.err);
}
}
有了RDB文件之后，如果服務器關機了，或者需要新增一個服務器，重新啟動數(shù)據(jù)庫服務器之后，就可以通過載入RDB文件恢復之前備份的數(shù)據(jù)。 但是bgsave會耗費較長時間，不夠實時，會導致在停機的時候丟失大量數(shù)據(jù)。
AOF（Append Only File）
RDB文件保存的是數(shù)據(jù)庫的鍵值對數(shù)據(jù)，AOF保存的是數(shù)據(jù)庫執(zhí)行的寫命令。
AOF的實現(xiàn)流程有三步：
append->write->fsync
append追加命令到AOF緩沖區(qū)，write將緩沖區(qū)的內(nèi)容寫入到程序緩沖區(qū)，fsync將程序緩沖區(qū)的內(nèi)容寫入到文件。 當AOF持久化功能處于開啟狀態(tài)時，服務器每執(zhí)行完一個命令，就會將命令以協(xié)議格式追加寫入到redisServer結構體的aof_buf緩沖區(qū)，具體的協(xié)議這里不展開闡述。
AOF的持久化發(fā)生時期有個配置選項：appendfsync。該選項有三個值： always：所有內(nèi)容寫入并同步到aof文件 everysec：將aof_buf緩沖區(qū)的內(nèi)容寫入到AOF文件，如果距離上次同步AOF文件的 no：將aof_buf緩沖區(qū)中的所有內(nèi)容寫入到AOF文件，但并不對AOF文件進行同步，由操作系統(tǒng)決定何時進行同步，一般是默認情況下的30s。
AOF持久化模式每個寫命令都會追加到AOF文件，隨著服務器不斷運行，AOF文件會越來越大，為了避免AOF產(chǎn)生的文件太大，服務器會對AOF文件進行重寫，將操作相同key的相同命令合并，從而減少文件的大小。
舉個例子，要保存一個員工的名字、性別等信息：
> hset employee_12345 name "hoohack"
> hset employee_12345 good_at "php"
> hset employee_12345 gender "male"
只是錄入這個哈希鍵的狀態(tài)，AOF文件就需要保存三條命令，如果還有其他，比如刪除，或者更新值的操作，那命令將會更多，文件會更大，有了重寫后，就可以適當?shù)販p少文件的大小。
AOF重寫的實現(xiàn)原理是先服務器中的數(shù)據(jù)庫，然后遍歷數(shù)據(jù)庫，找出每個數(shù)據(jù)庫中的所有鍵對象，獲取鍵值對的鍵和值，根據(jù)鍵的類型對鍵值對進行重寫。比如上面的例子，可以合并為下面的一條命令：
> hset employee_12345 name "hoohack" good_at "php" gender "male"。
AOF的重寫會執(zhí)行大量的寫入操作，Redis是單線程的，所以如果有服務器直接調(diào)用重寫，服務器就不能處理其他命令了，因此Redis服務器新起了單獨一個進程來執(zhí)行AOF重寫。
Redis執(zhí)行重寫的流程：
在子進程執(zhí)行AOF重寫時，服務端接收到客戶端的命令之后，先執(zhí)行客戶端發(fā)來的命令，然后將執(zhí)行后的寫命令追加到AOF緩沖區(qū)中，同時將執(zhí)行后的寫命令追加到AOF重寫緩沖區(qū)中。 等到子進程完成了重寫工作后，會發(fā)一個完成的信號給服務器，服務器就將AOF重寫緩沖區(qū)中的所有內(nèi)容追加到AOF文件中，然后原子性地覆蓋現(xiàn)有的AOF文件。
RDB和AOF的優(yōu)缺點
RDB持久化方式可以只通過服務器讀取數(shù)據(jù)就能加載備份中的文件到程序中，而AOF方式必須創(chuàng)建一個偽客戶端才能執(zhí)行。
RDB的文件較小，保存了某個時間點之前的數(shù)據(jù)，適合做災備和主從同步。
RDB備份耗時較長，如果數(shù)據(jù)量大，在遇到宕機的情況下，可能會丟失部分數(shù)據(jù)。另外，RDB是通過配置使達到某種條件的時候才執(zhí)行，如果在這段時間內(nèi)宕機，那么這部分數(shù)據(jù)也會丟失。
AOF方式，在相同數(shù)據(jù)集的情況下，文件大小會比RDB方式的大。
AOF的持久化方式也是通過配置的不同，默認配置的是每秒同步，最快的模式是同步每一個命令，最壞的方式是等待系統(tǒng)執(zhí)行fsync將緩沖同步到磁盤文件中，大部分操作系統(tǒng)是30s。通常情況下會配置為每秒同步一次，所以最多會有1s的數(shù)據(jù)丟失。
怎樣的同步方式更好？
RDB和AOF方式結合。起一個定時任務，每小時備份一份服務器當前狀態(tài)的數(shù)據(jù)，以日期和小時命名，另外起一個定時任務，定時刪除無效的備份文件（比如48小時之前）。AOF配置為1s一次。這樣一來，最多會丟失1s的數(shù)據(jù)，同時如果redis發(fā)生雪崩，也能迅速恢復為前一天的狀態(tài)，不至于停止服務。
總結
Redis的持久化方案也不是一成不變的，紙上的理論還需要結合實踐成果來證明其可行性。
您可能感興趣的文章:- redis學習之RDB、AOF與復制時對過期鍵的處理教程
- Redis兩種持久化方案RDB和AOF詳解
- redis的2種持久化方案深入講解
- Linux下redis的持久化、主從同步與哨兵詳解
- redis持久化的介紹
- 通過Nginx+Tomcat+Redis實現(xiàn)持久會話
- Redis持久化RDB和AOF區(qū)別詳解
