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太过爱你忘了你带给我的痛 2021-07-21 02:46 404阅读 0赞

### 前言 ###

redis简单来说 就是一个数据库，不过与传统数据库不同的是 redis 的数据是存在内存中的，所以存写速度非常快，因此 redis 被广泛应用于缓存方向。另外，redis 也经常用来做分布式锁。redis 提供了多种数据类型来支持不同的业务场景。除此之外，redis 支持事务 、持久化、LUA脚本、LRU驱动事件、多种集群方案。所以在面试中我们经常可以看到redis的身影，今天给大家带来一道redis的面试真题以及解析，后面会给大家分享今年来redis常考试的一些真题。

## 什么是Redis的持久化 ##

我们知道Redis的数据都存储在内存中，如果服务器突然宕机，那么内存数据将会全部消失，为了防止这种情况出现，利用一套机制来保证数据不会因为故障而丢失，我们将这种机制称之为*Redis的持久化机制*，该机制主要目的是将*内存数据存入到硬盘*中

Redis 提供两种持久化机制RDB（Redis DataBase）和AOF（Append-Only File）机制。

## RDB-快照 ##

快照是最简单的Redis持久化模式，也就是生成某个时间点的数据集，生成RDB文件，可以看到RDB文件中的数据是非常紧凑的，所以在恢复数据的时候读取也是非常快的

![RDB文件][RDB]

触发RDB快照的方式有两种

#### 手动触发 ####

通过手动执行bgsave/save，显示触发生成快照

*  save命令：阻塞当前Redis服务器，直到RDB过程完成为止，对于内存 比较大的实例会造成长时间阻塞，线上环境不建议使用
 *  bgsave命令：Redis进程执行fork操作创建子进程，RDB持久化过程由子 进程负责，完成后自动结束。阻塞只发生在fork阶段，一般时间很短

#### 配置参数自动触发 ####

自动触发有以下几种情况：

*  使用save相关配置，命令*save m n*。表示m秒内数据集存在n次修改时，自动触发bgsave
 *  *从节点执行全量复制*操作，主节点自动执行bgsave生成RDB文件发送给从节点
 *  *执行debug reload命令*重新加载Redis时，自动触发save命令
 *  *执行shutdown命令*时，如果没有开启AOF持久化功能自动执行bgsave

> 注意：在RDB持久化的过程中有两个问题需要考虑
> 
> 1.  RDB快照过程中Redis是否会停止对外提供服务
> 2.  如果没有停止服务，如何处理新的请求

针对上述问题我们先看一下RDB的持久化执行流程

![RDB持久化过程][RDB 1]

根据上图我们可以看到主线程主要是*fork一个子线程*来进行持久化操作，同时父子线程会*共享一个数据区域*，而且该区域设置为read-only方式，该方式下读的时候没有问题，但是写的时候会*触发copyonwrite机制*来进行，接下来我们看看什么是 COW(Copy On Write) 机制 。

#### COW(Copy On Write) 机制 ####

COW(Copy On Write) 机制属于操作系统处理多进程下的一种机制，Redis在持久化的时候会调用*glibc*函数fork一个子进程。父子进程会共享内存里面的代码段和数据段。

所以持久化的时候是完全交给子进程，而父进程继续处理客户端请求，所以在持久化的时候操作系统采用COW机制进程数据段页面的分离。数据段是由很多操作系统的页面组合而成，当父进程对其中一个页面进行数据修改的时候，先将被父子线程共享的这一个页面复制并分离出来，然后直接对复制的页面进程修改，而此时子进程对应的页面是没有修改的。

> Redis采用该机制的简单流程如下。Lunix在fork之后，操作系统会将*父进程的所有内存也权限设置为read-only*，然后子进程的地址空间指向父进程。当父进程只读时没有问题，当有写内存时，*CPU硬件检测到内存也是read-only，于是会触发页异常中断（page-fault）*，陷入到操作系统的一个中断例程。中断例程中，操作系统采用cow机制会触发异常的也复制一份，于是*父子进程各自持有独立的一份*，如果这个时候又大量写入操作，会产生大量的分页错误（页异常中断page-fault），从而触发cow机制。

之所以称之为快照也就是说在子进程创建的那一时刻开始。内存的数据就固定下来了，不会发生变化。

#### RDB的优缺点 ####

##### 优点： #####

1.  *性能最大化*，fork子进程来完成写操作，让主进程继续处理命令，保证了redis的高性能
2.  重启恢复数据的时候。数据量比较大时候，Redis直接解析RDB二进制文件，生成对应的数据存储在内存中，*比AOF的启动效率更高*

##### 缺点 #####

1.  *数据安全性低*，因为是间隔一段时间进行持久化，如果在持久化之间发生了故障，会丢失数据，这也就决定了该方式更适合在数据要求不严谨的时候采用
2.  *系统性能耗费*，根据上文提到的Redis执行cow机制时，可以看到大量的*分页错误会耗费不少性能在复制上*。

## AOF（Append Only File - 仅追加文件） ##

根据上文，快照在某些情况下不是可行的选择，所以AOF很好的支持了。

#### AOF 原理 ####

该方式非常简单：也就是修改内存的操作命令都会记录下来，加入AOF日志记录都是Redis实例创建以来的所有修改性指令序列，所以恢复也就是顺序执行所有执行。

![a16c69838c2d3d528d7ead658521a663.png][]

Redis使用单线程相应命令，如果每次写AOF文件命令都追加到硬盘，会极大地影响处理性能，所以*Redis会先写入到aof缓冲区*，根据用户配置的同步硬盘策略写入到aof文件中，这个*策略可以通过appendfsync参数配置*，

*  always：*每一次写操作都会调用一次fsync*，这时数据是最安全的，当然，由于每次都会执行fsync，所以其性能也会受到影响
 *  no：Redis不会主动调用fsync去将AOF日志内容同步到磁盘，所以这一切就*完全依赖于操作系统的调试了*。对大多数Linux操作系统，是每30秒进行一次fsync，将缓冲区中的数据写到磁盘上。
 *  everysec：*Redis会默认每隔一秒进行一次fsync调用*，将缓冲区中的数据写到磁盘。*但是当这一次的fsync调用时长超过1秒时。Redis会采取延迟fsync的策略*，再等一秒钟。也就是在两秒后再进行fsync，这一次的fsync就不管会执行多长时间都会进行。这时候由于在fsync时文件描述符会被阻塞，所以当前的写操作就会阻塞。

> 注意，这也是影响Redis性能的参数之一，建议采用 appendfsync everysec（缺省方式）

#### AOF重写 ####

所谓重写，Redis在长期运行过程中日志会越来越大，在恢复的时候会非常好使，所以我们的目的就是对日志做瘦身

会从以下几点做瘦身：

1.  *无效命令可以删除*，比如del key1、hdel key2、srem keys、set a111、set a222等，直接用最终的数据生成命令保存下来就行
2.  *多条命令可以删除*，如：lpush list a、lpush list b、lpush list c可以转化为：lpush list a b c
3.  等等，就不列举了

Redis使用bgrewriteaof指令做瘦身，主要也是开辟一个子进程对内存遍历转化为一系列指令，并序列化到新的文件中，接下来再将操作期间的增量AOF日志追加到新的日志文件中，最终替换了旧的。

AOF重写机制两种方式触发

1.  手动触发：*bgrewriteaof指令*
2.  自动触发：*根据auto-aof-rewrite-min-size和auto-aof-rewrite-percentage参数确定自动触发时机*

*  auto-aof-rewrite-min-size：表示运行AOF重写时文件最小体积，默认为64MB。
 *  auto-aof-rewrite-percentage：代表当前AOF文件空间 （aof\_current\_size）和上一次重写后AOF文件空间（aof\_base\_size）的比值。

auto-aof-rewrite-min-size    100auto-aof-rewrite-percentage  64mb复制代码

> 如上代表AOF文件的大小小于64mb(默认值)，且当前AOF文件大小比基准大小增长了100%时会触发。

#### AOF优缺点 ####

##### 优点 #####

*数据安全*，aof持久化配置appendfsync属性，有always，每执行一次命令操作就记录到aof文件一次

##### 缺点 #####

数据集大的时候，*比如RDB启动效率低*

## 混合持久化（Redis 4.0版本） ##

我们根据上文知道，RDB恢复会存在大量数据，AOF恢复性能又较慢，所以在Redis4.0中，采用混合持久化，将RDB文件内存和增量的AOF日志文件放在一起，这里的AOF日志不再是全量日志。*而是自持久化开始到持久化结束的这段时间的增量日志*，通常较小，重启效率因此大幅得到提升

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加载的时候，首先会识别AOF文件是否以REDIS字符串开头，如果是就按照RDB格式加载，加载完成后继续按AOF加载剩余的部分

### 最后 ###

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[RDB]: /images/20210720/ec55201927de4f3c96a2506229997336.png
[RDB 1]: /images/20210720/6c2e6797919c41bda1580046f11bc7bb.png
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[Link 1]: https://docs.qq.com/doc/DSmxTbFJ1cmN1R2dB
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