前言

Redis 是內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)都是存儲(chǔ)在內(nèi)存中，為了避免進(jìn)程退出導(dǎo)致數(shù)據(jù)的永久丟失，需要定期將 Redis 中的數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)或命令的形式從內(nèi)存保存到本地磁盤。當(dāng)下次 Redis 重啟時(shí)，利用持久化文件進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)。Redis 提供了 RDB 和 AOF 兩種持久化機(jī)制，前者將當(dāng)前的數(shù)據(jù)保存到磁盤，后者則是將每次執(zhí)行的寫命令保存到磁盤（類似于 MySQL 的 Binlog）。本文將詳細(xì)介紹 RDB 和 AOF 兩種持久化方案，包括操作方法和持久化的實(shí)現(xiàn)原理。

正文

Redis 是一個(gè)基于 K-V 存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，下面先介紹 Redis 數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)部構(gòu)造以及 K-V 的存儲(chǔ)形式，有助于我們更容易理解 Redis 的持久化機(jī)制。

1. Redis數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)

一個(gè)單機(jī)的 Redis 服務(wù)器默認(rèn)情況下有 16 個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)（0-15號(hào)），默認(rèn)使用的是 0 號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)，可以使用 SELECT 命令切換數(shù)據(jù)庫(kù)。

Redis 中的每個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)都由一個(gè) redis.h/redisDb 結(jié)構(gòu)表示，它記錄了單個(gè) Redis 數(shù)據(jù)庫(kù)的鍵空間、所有鍵的過期時(shí)間、處于阻塞狀態(tài)和就緒狀態(tài)的鍵、數(shù)據(jù)庫(kù)編號(hào)等等。

typedef struct redisDb {
 // 數(shù)據(jù)庫(kù)鍵空間，保存著數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有鍵值對(duì)
 dict *dict;
 // 鍵的過期時(shí)間，字典的鍵為鍵，字典的值為過期事件 UNIX 時(shí)間戳
 dict *expires;
 // 正處于阻塞狀態(tài)的鍵
 dict *blocking_keys;
 // 可以解除阻塞的鍵
 dict *ready_keys;
 // 正在被 WATCH 命令監(jiān)視的鍵
 dict *watched_keys;
 struct evictionPoolEntry *eviction_pool;
 // 數(shù)據(jù)庫(kù)編號(hào)
 int id;
 // 數(shù)據(jù)庫(kù)的鍵的平均 TTL，統(tǒng)計(jì)信息
 long long avg_ttl;
} redisDb;

由于 Redis 是一個(gè)鍵值對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)（key-value pairs database）， 所以它的數(shù)據(jù)庫(kù)本身也是一個(gè)字典，對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)正是 redisDb。其中，dict 指向的是一個(gè)記錄鍵值對(duì)數(shù)據(jù)的字典，它的鍵是一個(gè)字符串對(duì)象，它的值則可以是字符串、列表、哈希表、集合和有序集合在內(nèi)的任意一種 Redis 類型對(duì)象。 expires 指向的是一個(gè)用于記錄鍵的過期時(shí)間的字典，它的鍵為 dict 中的數(shù)據(jù)庫(kù)鍵，它的值為這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)鍵的過期時(shí)間戳，這個(gè)值以 long long 類型表示。

2. RDB持久化

RDB 持久化（也稱作快照持久化）是指將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)生成快照保存到磁盤里面，保存的文件后綴是 .rdb。rdb 文件是一個(gè)經(jīng)過壓縮的二進(jìn)制文件，當(dāng) Redis 重新啟動(dòng)時(shí)，可以讀取 rdb 快照文件恢復(fù)數(shù)據(jù)。RDB 功能最核心的是 rdbSave 和 rdbLoad 兩個(gè)函數(shù)， 前者用于生成 RDB 文件并保存到磁盤，而后者則用于將 RDB 文件中的數(shù)據(jù)重新載入到內(nèi)存中：

RDB 文件是一個(gè)單文件的全量數(shù)據(jù)，很適合數(shù)據(jù)的容災(zāi)備份與恢復(fù)，通過 RDB 文件恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)耗時(shí)較短，通常 1G 的快照文件載入內(nèi)存只需 20s 左右。Redis 提供了手動(dòng)觸發(fā)保存、自動(dòng)保存間隔兩種 RDB 文件的生成方式，下面先介紹 RDB 的創(chuàng)建和載入過程。

2.1. RDB的創(chuàng)建和載入

2.1.1. 手動(dòng)觸發(fā)保存

Redis 提供了兩個(gè)用于生成 RDB 文件的命令，一個(gè)是 SAVE，另一個(gè)是 BGSAVE。而觸發(fā) Redis 進(jìn)行 RDB 備份的方式有兩種，一種是通過 SAVE 命令、BGSAVE 命令手動(dòng)觸發(fā)快照生成的方式，另一種是配置保存時(shí)間和寫入次數(shù)，由 Redis 根據(jù)條件自動(dòng)觸發(fā)保存操作。

1. SAVE命令

SAVE 是一個(gè)同步式的命令，它會(huì)阻塞 Redis 服務(wù)器進(jìn)程，直到 RDB 文件創(chuàng)建完成為止。在服務(wù)器進(jìn)程阻塞期間，服務(wù)器不能處理任何其他命令請(qǐng)求。

客戶端命令

127.0.0.1:6379> SAVE
OK

服務(wù)端日志

6266:M 15 Sep 2019 08:31:01.258 * DB saved on disk

執(zhí)行 SAVE 命令后，Redis 在服務(wù)端進(jìn)程（PID為6266）執(zhí)行了 SAVE 操作，這個(gè)操作發(fā)生期間會(huì)一直阻塞 Redis 客戶端的請(qǐng)求處理。

2. BGSAVE命令

BGSAVE 是一個(gè)異步式的命令，和 SAVE 命令直接阻塞服務(wù)器進(jìn)程的做法不同，BGSAVE 命令會(huì)派生出一個(gè)子進(jìn)程，由子進(jìn)程負(fù)責(zé)創(chuàng)建 RDB 文件，服務(wù)器進(jìn)程（父進(jìn)程）繼續(xù)處理客戶的命令。

客戶端命令

127.0.0.1:6379> BGSAVE
Background saving started

服務(wù)端日志

6266:M 15 Sep 2019 08:31:22.914 * Background saving started by pid 6283
6283:C 15 Sep 2019 08:31:22.915 * DB saved on disk
6266:M 15 Sep 2019 08:31:22.934 * Background saving terminated with success

通過服務(wù)端輸出的日志，可以發(fā)現(xiàn)Redis 在服務(wù)端進(jìn)程（PID為6266）會(huì)為 BGSAVE 命令單獨(dú)創(chuàng)建（fork）一個(gè)子進(jìn)程（PID為6283），并由子進(jìn)程在后臺(tái)完成 RDB 的保存過程，在操作完成之后通知父進(jìn)程然后退出。在整個(gè)過程中，服務(wù)器進(jìn)程只會(huì)消耗少量時(shí)間在創(chuàng)建子進(jìn)程和處理子進(jìn)程信號(hào)量上面，其余時(shí)間都是待命狀態(tài)。

BGSAVE 是觸發(fā) RDB 持久化的主流方式，下面給出 BGSAVE 命令生成快照的流程：

1. 客戶端發(fā)起 BGSAVE 命令，Redis 主進(jìn)程判斷當(dāng)前是否存在正在執(zhí)行備份的子進(jìn)程，如果存在則直接返回
2. 父進(jìn)程 fork 一個(gè)子進(jìn)程 （fork 的過程中會(huì)造成阻塞的情況），這個(gè)過程可以使用 info stats 命令查看 latest_fork_usec 選項(xiàng)，查看最近一次 fork 操作消耗的時(shí)間，單位是微秒
3. 父進(jìn)程 fork 完成之后，則會(huì)返回 Background saving started 的信息提示，此時(shí) fork 阻塞解除
4. fork 創(chuàng)建的子進(jìn)程開始根據(jù)父進(jìn)程的內(nèi)存數(shù)據(jù)生成臨時(shí)的快照文件，然后替換原文件
5. 子進(jìn)程備份完畢后向父進(jìn)程發(fā)送完成信息，父進(jìn)程更新統(tǒng)計(jì)信息

3. SAVE和BGSAVE的比較