深度剖析Redis持久化

Redis是一種面向“key-value”類型資料的分布式NoSQL資料庫系統，具有高效能、持久儲存、適應高並發應用情境等優勢。它雖然起步較晚，但發展卻十分迅速。 
近日，Redis的作者在部落格中寫到， 他看到的所有針對Redis的討論中，對Redis持久化的誤解是最大的 ，於是他寫了一篇長文來對Redis的持久化進行了系統性的論述。文章主要包含三個方面： Redis持久化是如何工作的、這一效能是否可靠以及和其它類型的資料庫比較 。以下為文章內容： 

一、Redis持久化是如何工作的。  

什麼是持久化。簡單來講就是將資料放到斷電後資料不會丟失的裝置中，也就是我們通常理解的硬碟上。 首先我們來看一下資料庫在進行寫操作時到底做了哪些事，主要有下面五個過程 ： 

用戶端向服務端發送寫操作（資料在用戶端的記憶體中）。 資料庫服務端接收到寫請求的資料（資料在服務端的記憶體中）。 服務端調用write這個系統調用，將資料往磁碟上寫（資料在系統記憶體的緩衝區中）。 作業系統將緩衝區中的資料轉移到磁碟控制卡上（資料在磁碟緩衝中）。 磁碟控制卡將資料寫到磁碟的物理介質中（資料真正落到磁碟上）。 故障分析  

寫操作大致有上面5個流程， 下面我們結合上面的5個流程看一下各種層級的故障 ： 

當資料庫系統故障時，這時候系統核心還是完好的。那麼此時只要我們執行完了第3步，那麼資料就是安全的，因為後續作業系統會來完成後面幾步，保證資料最終會落到磁碟上。 當系統斷電時，這時候上面5項中提到的所有緩衝都會失效，並且資料庫和作業系統都會停止工作。所以只有當資料在完成第5步後，才能保證在斷電後資料不丟失。 通過上面5步的瞭解，可能我們會希望搞清下面一些問題 ： 

資料庫多長時間調用一次write，將資料寫到核心緩衝區。 核心多長時間會將系統緩衝區中的資料寫到磁碟控制卡。 磁碟控制卡又在什麼時候把緩衝中的資料寫到物理介質上。 對於第一個問題，通常資料庫層面會進行全面控制。而對第二個問題，作業系統有其預設的策略，但是我們也可以通過POSIX API提供的fsync系列命令強制作業系統將資料從核心區寫到磁碟控制卡上。對於第三個問題，好像資料庫已經無法觸及，但實際上，大多數情況下磁碟緩衝是被設定關閉的，或者是只開啟為讀緩衝，也就是說寫操作不會進行緩衝，直接寫到磁碟。 建議的做法是僅僅當你的磁碟裝置有備用電池時才開啟寫緩衝 。 

資料損毀  

所謂資料損毀，就是資料無法恢複，上面我們講的都是如何保證資料是確實寫到磁碟上去，但是寫到磁碟上可能並不意味著資料不會損壞。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。如果資料庫的資料檔案結構組織不合理，可能就會導致資料完全不能恢複的狀況出現。 

這裡通常也有三種策略來組織資料，以防止資料檔案損壞到無法恢複的情況 ： 

第一種是最粗糙的處理，就是不通過資料的組織形式保證資料的可恢複性。而是通過配置資料同步備份的方式，在資料檔案損壞後通過資料備份來進行恢複。實際上MongoDB在不開啟動作記錄，通過配置Replica Sets時就是這種情況。 另一種是在上面基礎上添加一個動作記錄，每次操作時記一下操作的行為，這樣我們可以通過動作記錄來進行資料恢複。因為動作記錄是順序追加的方式寫的，所以不會出現動作記錄也無法恢複的情況。這也類似於MongoDB開啟了動作記錄的情況。 更保險的做法是資料庫不進行舊資料的修改，只是以追加方式去完成寫操作，這樣資料本身就是一份日誌，這樣就永遠不會出現資料無法恢複的情況了。實際上CouchDB就是此做法的優秀範例。 1、Redis的第一個持久化策略：RDB快照  

Redis支援將當前資料的快照存成一個資料檔案的持久化機制 。而一個持續寫入的資料庫如何產生快照呢。Redis藉助了fork命令的copy on write機制。在產生快照時，將當前進程fork出一個子進程，然後在子進程中迴圈所有的資料，將資料寫成為RDB檔案。 

我們可以通過Redis的save指令來配置RDB快照產生的時機，比如你可以配置當10分鐘以內有100次寫入就產生快照，也可以配置當1小時內有1000次寫入就產生快照，也可以多個規則一起實施。這些規則的定義就在Redis的設定檔中，你也可以通過Redis的CONFIG SET命令在Redis運行時設定規則，不需要重啟Redis。 

Redis的RDB檔案不會壞掉，因為其寫操作是在一個新進程中進行的，當產生一個新的RDB檔案時，Redis產生的子進程會先將資料寫到一個臨時檔案中，然後通過原子性rename系統調用將臨時檔案重新命名為RDB檔案，這樣在任何時候出現故障，Redis的RDB檔案都總是可用的。 

同時，Redis的RDB檔案也是Redis主從同步內部實現中的一環。 

但是，我們可以很明顯的看到， RDB有它的不足，就是一旦資料庫出現問題，那麼我們的RDB檔案中儲存的資料並不是全新的 ，從上次RDB檔案產生到 Redis停機這段時間的資料全部丟掉了。在某些業務下，這是可以忍受的，我們也推薦這些業務使用RDB的方式進行持久化，因為開啟RDB的代價並不高。 但是對於另外一些對資料安全性要求極高的應用，無法容忍資料丟失的應用，RDB就無能為力了，所以Redis引入了另一個重要的持久化機制：AOF日誌。 

2、Redis的第二個持久化策略：AOF日誌  

AOF日誌的全稱是Append Only File，從名字上我們就能看出來，它是一個追加寫入的記錄檔。與一般資料庫不同的是， AOF檔案是可識別的純文字，它的內容就是一個個的Redis標準命令 。比如我們進行如下實驗，使用Redis2.6 版本，在啟動命令參數中設定開啟AOF功能： 

代碼  ./redis-server --appendonly yes  
然後我們執行如下的命令： 

代碼  redis 127.0.0.1:6379> set key1 Hello   OK   redis 127.0.0.1:6379> append key1 " World!"   (integer) 12   redis 127.0.0.1:6379> del key1   (integer) 1   redis 127.0.0.1:6379> del non_existing_key   (integer) 0  
這時我們查看AOF記錄檔，就會得到如下內容： 

代碼  $ cat appendonly.aof   *2   $6   SELECT   $1   0   *3   $3   set   $4   key1   $5   Hello   *3   $6   append   $4   key1   $7    World!   *2   $3   del   $4   key1  
可以看到，寫操作都產生了一條相應的命令作為日誌。 其中值得注意的是最後一個del命令，它並沒有被記錄在AOF日誌中，這是因為Redis判斷出 這個命令不會對當前資料集做出修改 。所以不需要記錄這個無用的寫命令。另外AOF日誌也不是完全按用戶端的請求來組建記錄檔的，比如命令 INCRBYFLOAT 在記AOF日誌時就被記成一條SET記錄，因為浮點數操作可能在不同的系統上會不同，所以為了避免同一份日誌在不同的系統上產生不同的資料集，所以這裡只將操作後的結果通過SET來記錄。 

AOF重寫  

你可以會想，每一條寫命令都產生一條日誌，那麼AOF檔案是不是會很大。答案是肯定的，AOF檔案會越來越大，