Redis的AOF持久化

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概述

除了RDB持久化功能,Redis还提供了AOF持久化功能。与RDB持久化功能通过保存数据库中的键值对来记录数据库状态不同,AOF持久化是通过保存Redis服务器所执行的写命令来记录数据库状态的。
在AOF文件里面,除了用于指定数据库的SELECT命令是服务器自动添加之外,其他都是我们之前通过客户端发送的命令。
服务器在启动的时候,可以通过载入和执行AOF文件中保存的命令来还原服务器关闭之前的数据库状态。

AOF持久化的实现

AOF持久化功能的实现可以分为命令追加、文件写入、文件同步三个步骤。

命令追加

当AOF持久化功能处于打开状态时,服务器在执行完一个写命令之后,会以协议格式将被执行的命令追加到服务器状态的aof_buf缓冲区的末尾。

aof文件的写入与同步

Redis的服务器进程就是一个事件循环,这个循环中的文件负责接受客户端的命令请求,以及向客户端发送命令回复,而时间事件则负责执行像serverCron函数这样需要定时运行的函数。
因为服务器在处理文件事件时可能会执行写命令,使得一些内容被追加到aof_buf缓冲区里面,所以在服务器每次结束一个事件循环之前,它都会调用flushAppendOnlyFile函数,考虑是否需要将aof_buf缓冲区中的内容写入和保存到AOF文件里面。
flushAppendOnlyFile函数的行为由服务器配置的appendfsync选项的值来决定。如下表:

不同appendfsync值产生不同的持久化行为
appendfsync选项的值flushAppendOnlyFile函数的行为
always将aof_buf缓冲区中的所有内容写入并同步到AOF文件
everysec将aof_buf缓冲区中的所有内容写入到AOF文件,如果上次同步AOF文件的事件距离现在超过1秒钟,那么再次对AOF文件进行同步,并且这个同步操作是由一个线程专门负责执行的
no将aof_buf缓冲区中的所有内容写入到AOF文件,但并不对AOF文件进行同步,何时同步由操作系统来决定

AOF文件的载入与数据还原

因为APF文件里面包含了重建数据库状态所需的所有写命令,所以服务器只需要读入并重新执行一遍AOF文件里面保存的写命令,就可以还原服务器关闭之前的数据库状态。

AOF重写

因为AOF持久化是通过保存被执行的写命令来记录数据库状态的,所以随着服务器运行时间的流逝,AOF文件中的内容会越来越多,文件的体积也会越来越庞大,如果不加以控制的话,体积过大的AOF文件很可能对Redis服务器,甚至整个宿主计算机造成影响,并且AOF文件的体积越大,使用AOF文件来进行数据还原所需的时间就越多。
为了解决AOF文件体积膨胀的问题,Redis提供了AOF文件重写功能。通过该功能,Redis服务器可以创建一个新的AOF文件来替代现有的AOF文件,新旧两个AOF文件所保存的数据库状态相同,但新的AOF文件不会包含任何浪费空间的冗余命令,所以新的AOF文件的体积通常会比旧AOF文件的体积要小得多。
首先从数据库中读取键现在的值,然后用一条命令去记录键值对,代替之前记录这个键值对的多条命令,这就是AOF重写功能的原理。

AOF后台重写

AOF重写程序aof_rewrite函数可以很好地完成创建一个新的AOF 文件的任务,但是,因为这个函数会进行大量的写入操作,所以调用这个函数的线程将被长时间阻塞,因为Redis服务器使用单个线程来处理命令请求,所以如果由服务器直接调用aof_rewrite函数的话,那么在重写AOF文件期间,服务将无法处理客户端发来的命令请求。
很明显,作为一种辅助性的维护手段,Redis不希望AOF重写造成服务器无法处理请求,所以Redis决定将AOF重写程序放到子进程里执行,这样做可以同时达到两个目的:

  • 子进程进行AOF重写期间,服务器进程可以继续处理命令请求。
  • 子进程带有服务器进程的数据副本,使用子进程而不是线程,可以在避免使用锁的情况下,保证数据的安全性。

不过使用子进程也有一个问题需要解决,因为子进程在进行AOF重写期间,服务器进程还需要继续处理命令请求,而新的命令可能会对现有的数据库状态进行修改,从而使得服务器当前的数据库状态和重写后的AOF状态所保存的数据库状态不一致。
为了解决数据不一致的问题,Redis服务器设置了一个AOF重写缓冲区,这个缓冲区在服务器创建子进程之后开始使用,当Redis服务器执行完一个写命令之后,它会同时将这个写命令发送给AOF缓冲区和AOF重写缓冲区。