徹底搞懂Redis持久化機制，輕鬆應對工作面試

一燈架構發表於2023-04-20
Redis持久化面試

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1. 為什麼要持久化

Redis是基於記憶體儲存的資料庫，如果遇到服務重啟或者崩潰，記憶體中的資料將會被清空。所以為了確保資料安全性和可靠性，我們需要將記憶體中的資料持久化到磁碟上。

持久化不僅可以防止由於系統故障、重啟或者其他原因導致的資料丟失。還可以用於備份、資料恢復和遷移等操作。

2. Redis持久化機制概述

Redis提供了兩種主要的持久化機制：RDB持久化和AOF持久化。此外，還可以採用混合持久化（RDB + AOF）的方式，將這兩種持久化方式結合在一起。下面我們簡要概述這些持久化機制。

2.1 RDB持久化

RDB（Redis DataBase）持久化是一種基於快照的持久化方式。在指定的時間間隔內，如果滿足一定條件（如某段時間內發生的寫操作次數），Redis會生成一個包含當前記憶體資料的RDB檔案。這個RDB檔案可以用於資料恢復或備份。RDB持久化提供了較高的資料壓縮率和快速的資料載入速度，但可能存在一定程度的資料丟失。

2.2 AOF持久化

AOF（Append Only File）持久化是一種基於日誌的持久化方式。Redis將所有的寫操作命令記錄到一個AOF檔案中。當Redis重新啟動時，可以透過重放AOF檔案中的命令來恢復資料。AOF持久化提供了更高的資料安全性，可以保證資料的完整性。然而，與RDB持久化相比，AOF檔案通常較大，資料載入速度較慢。

2.3 混合持久化（RDB + AOF）

混合持久化結合了RDB持久化和AOF持久化的優點，可以在保證資料安全性的同時，提供較快的資料載入速度。在這種持久化方式下，Redis會同時生成RDB檔案和AOF檔案。當Redis重新啟動時，優先使用AOF檔案恢復資料，以確保資料的完整性。混合持久化適用於對資料安全性和效能要求較高的場景。

3. RDB持久化

3.1 RDB持久化原理

RDB持久化是基於快照的持久化，把當前時刻全量資料持久化到磁碟上，最終生成一個RBD檔案。

3.2 RDB持久化觸發方式

RDB持久化可以透過以下幾種方式觸發：

  1. 手動觸發：使用SAVE或BGSAVE命令。SAVE是同步命令，執行過程中會阻塞其他請求。BGSAVE是非同步命令，主程式會forks一個子程式，進行非同步持久化，持久化過程中主程式仍然可以處理其他請求。

  2. 自動觸發：在配置檔案中設定觸發條件，redis.conf配置如下：

    # 900s內至少有一次寫操作
save 900 1
# 300s內至少有1次寫操作
save 300 10
# 60s內至少有10000次寫操作
save 60 10000

  3. 關閉Redis時觸發：Redis在關閉服務時會自動觸發一次RDB持久化。

  4. 主從同步時觸發：當從節點連線到主節點時，主節點會觸發一次RDB持久化，並將生成的RDB檔案傳送給從節點進行同步。

3.3 RDB持久化優缺點

RDB持久化具有以下優點：

  1. 高效能：由於採用子程式進行磁碟操作，主程式無需進行磁碟IO，保證了Redis的高效能。
  2. 快速恢復：RDB檔案包含了某一時刻的完整資料快照，可以快速恢復資料。
  3. 更小的儲存空間：RDB檔案經過壓縮，佔用較小的磁碟空間。

RDB持久化的缺點包括：

  1. 資料丟失：由於RDB持久化是基於時間間隔的，可能存在一定程度的資料丟失。
  2. 子程式佔用記憶體：在生成RDB檔案過程中，子程式會佔用和主程式相同的記憶體空間，可能導致記憶體不足的問題。

4. AOF持久化

4.1 AOF持久化原理

AOF（Append Only File）持久化是一種基於日誌的持久化方式。Redis將所有的寫操作命令追加到一個AOF檔案中。當Redis重新啟動時，可以透過重放AOF檔案中的命令來恢復資料。

4.2 AOF持久化配置

AOF持久化的配置主要包括以下幾個方面：

  1. 啟用AOF持久化：在配置檔案中設定appendonly yes。

    # 開啟aof持久化
appendonly yes

# aof檔名
appendfilename "appendonly.aof"

  2. AOF檔案同步策略：在配置檔案中設定appendfsync選項。可選值包括：

    • always：每次寫操作都同步到磁碟，保證最高的資料安全性，但效能較差。
    • everysec：每秒同步一次磁碟，提供較好的資料安全性和效能平衡。
    • no：由作業系統決定何時同步磁碟，效能最好，但資料安全性較差。
    # 持久化策略，always表示每次寫入都進行持久化
appendfsync always

  3. AOF重寫策略：在redis.conf檔案中進行配置，控制AOF重寫的觸發條件。

    # 指定在執行BGSAVE或BGREWRITEAOF命令時是否禁用AOF檔案同步。預設為yes，表示禁用同步。
no-appendfsync-on-rewrite yes

# 定AOF檔案大小增長到原始大小的百分比時進行重寫。
# 預設為100，表示AOF檔案大小增長到原始大小的兩倍時進行重寫。
auto-aof-rewrite-percentage 100

# 指定進行AOF重寫的最小AOF檔案大小。預設為64mb。
auto-aof-rewrite-min-size 64

4.3 AOF重寫（Rewrite）

隨著寫操作的不斷進行，AOF檔案會不斷增長。為了減小AOF檔案的大小，Redis提供了AOF重寫功能。AOF重寫會建立一個新的AOF檔案，只包含當前記憶體中資料的最小命令集。在重寫過程中，Redis會繼續將新的寫操作追加到原始AOF檔案中。當重寫完成後，新的AOF檔案將替換原始AOF檔案。

可以手動執行bgrewriteaof命令，觸發AOF重寫。

redis> bgrewriteaof

4.4 AOF持久化優缺點

AOF持久化具有以下優點：

  1. 更高的資料安全性：根據同步策略的選擇，AOF持久化可以保證較高的資料安全性。
  2. 更好的容錯性：即使AOF檔案存在部分損壞，仍可以恢復大部分資料。

AOF持久化的缺點包括：

  1. 較大的儲存空間：與RDB持久化相比，AOF檔案通常較大，佔用較多磁碟空間。
  2. 資料載入速度較慢：由於需要重放AOF檔案中的命令，資料恢復速度相對較慢。

5. 混合持久化

RDB持久化載入速度快，AOF持久化資料更安全，有沒有一種持久化方式結合兩者的優點？

當然有，就是混合持久化。

5.1 混合持久化原理

Redis首先使用RDB持久化將記憶體中的資料快照儲存到磁碟上，然後再使用AOF持久化將所有新的寫操作追加到AOF檔案中。這樣做的好處是：

  1. 在系統崩潰時，可以透過RDB檔案進行快速的恢復，而AOF檔案可以用於恢復最近的修改。
  2. RDB持久化可以減少AOF檔案的大小，從而減少磁碟空間的使用。
  3. 在RDB持久化中，Redis可以使用子程式來將快照寫入磁碟，這樣可以避免主程式的阻塞。

5.2 混合持久化優缺點

混合持久化具有以下優點：

  1. 高資料安全性：結合了AOF持久化的高資料安全性。
  2. 快速恢復：利用RDB持久化的快速資料恢復速度。
  3. 提高從節點同步效率：利用RDB檔案進行快速同步。

混合持久化的缺點包括：

較大的儲存空間：需要同時維護RDB檔案和AOF檔案，可能佔用較多的磁碟空間。

5.3 混合持久化應用場景

混合持久化適用於對資料安全性和效能要求較高的場景，尤其是在以下情況：

  1. 需要確保資料完整性，不能容忍資料丟失。
  2. 需要快速恢復資料，以減少故障恢復時間。
  3. 需要提高主從同步效率，以保證高可用性和負載均衡。

6. 持久化方案選擇

6.1 持久化方案對比

持久化方式 RDB AOF
原理 透過定期生成資料快照實現持久化 透過記錄所有寫操作命令實現持久化
資料安全性 可能會丟失最近一次快照以來的資料 更高，可透過配置同步策略降低資料丟失風險
恢復速度 較快，因為RDB檔案是一個資料快照 較慢，需要逐條執行AOF檔案中的命令
儲存空間 一般較小，因為RDB檔案經過壓縮 一般較大，但可以透過AOF重寫減小檔案大小
效能影響 較小，因為快照生成過程較短 可能較大，但可透過配置同步策略降低效能影響
主從同步 使用RDB檔案進行同步，同步速度較快 使用AOF檔案進行同步，同步速度可能較慢
應用場景 適用於對資料安全性要求較低、恢復速度要求較高的場景 適用於對資料安全性要求較高、可接受較慢恢復速度的場景

如果同時開啟了RDB和AOF持久化，Redis優先使用AOF持久化，因為AOF持久化可以保證更高的資料安全性和靈活性，而RDB持久化適用於資料恢復的場景。

6.2 持久化方案選擇

在選擇Redis持久化方案時，需要根據實際業務需求和場景權衡各個方案的優缺點。

  1. 資料安全性要求：如果你的業務對資料安全性要求較高，建議使用AOF持久化或混合持久化。AOF持久化可以透過設定同步策略來保證不同程度的資料安全性。
  2. 資料恢復速度：如果你的業務需要快速恢復資料，以減少故障恢復時間，建議使用RDB持久化或混合持久化。RDB檔案包含某一時刻的完整資料快照，可以快速恢復資料。
  3. 儲存空間考慮：如果磁碟空間有限，可以考慮使用RDB持久化，因為RDB檔案經過壓縮，佔用較小的磁碟空間。然而，如果資料安全性要求較高，可以考慮使用混合持久化，儘管這會增加儲存空間的佔用。
  4. 主從同步效率：如果你使用了Redis主從架構，需要考慮主從同步效率。混合持久化可以利用RDB檔案進行快速同步，提高從節點的同步效率。
  5. 效能考慮：RDB持久化和混合持久化可以在很大程度上保持Redis的高效能。如果選擇AOF持久化，請選擇合適的同步策略以平衡效能和資料安全性。

7. 總結

本文介紹了Redis的三種持久化機制：RDB持久化、AOF持久化和混合持久化。
RDB持久化透過定期生成資料快照實現持久化，具有快速恢復和更小的儲存空間等優點，但可能存在資料丟失和子程式佔用記憶體等缺點。
AOF持久化透過記錄所有寫操作命令實現持久化，具有更高的資料安全性和更好的容錯性等優點，但可能存在較大的儲存空間和資料載入速度較慢等缺點。
混合持久化結合了RDB持久化和AOF持久化的優點，適用於對資料安全性和效能要求較高的場景。
在選擇Redis持久化方案時，需要根據實際業務需求和場景權衡各個方案的優缺點。

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