Redis持久化AOF详解

基础面试题

什么是AOF

AOF（Append-Only File）用于将Redis服务器收到的写操作追加到日志文件，通过该机制可以保证服务器重启后依然可以依靠日志文件恢复数据。
它的工作过程大抵分为以下几步：

1. 收到客户端的写入命令(例如SET、DEL等)之后，它会将命令写入AOF缓冲区。
2. redis服务器会定期或者在特定条件下，将AOF缓冲区的数据以追加的方式写到日志文件末尾，这种写入的操作可以是同步的，也可以是异步的，具体看我们配置的刷盘机制。
3. 若日志文件超过配置文件的大小(由配置参数 auto-aof-rewrite-percentage 和 auto-aof-rewrite-min-size 决定)，则会触发AOF重写(AOF Rewrite)，重写时会启动一个后台进程，分析日志中的指令并精简化写入新的AOF文件中。
4. 新的AOF文件和旧的AOF文件进行原子替换，后续的写指令都会写到这个新的AOF文件中。

AOF写后记录日志有哪些优劣

有如下几个优势：

1. 客户端操作的指令可能会出错，采用写后再日志的形式可以避免很多没必要的日志记录，节约磁盘空间
2. 写日志需要进行磁盘IO，可能会产生阻塞，所以采用先写入再日志，可以避免写时阻塞。

当然劣势也很明显:

4. 有可能在写操作之后，日志记录之前服务器出现宕机，可能会造成数据丢失
5. 当主线程磁盘压力过大，导致写入磁盘慢，进而造成后续操作阻塞。

AOF核心配置参数有哪些

1. appendonly :若将该参数设置为yes，则开启aof持久化机制，此时redis持久化机制就以aof为主，而非rdb

# 设置为yes开启aof
appendonly yes

如下示例所示，我们将该参数配置为yes后重启redis服务端，使用客户端完成如下操作

# 设置三个key
127.0.0.1:6379> set k1 v1
OK
127.0.0.1:6379> set k2 v2
OK
127.0.0.1:6379> set k3 v3
OK
127.0.0.1:6379>

此时我们查看aof文件，大小增加了

[root@iZ8vb7bhe4b8nhhhpavhwpZ sbin]# find / -name appendonly.aof
/usr/sbin/appendonly.aof
[root@iZ8vb7bhe4b8nhhhpavhwpZ sbin]# find / -name appendonly
[root@iZ8vb7bhe4b8nhhhpavhwpZ sbin]# find / -name appendonly.aof
/usr/sbin/appendonly.aof
[root@iZ8vb7bhe4b8nhhhpavhwpZ sbin]# ll appendonly.aof
-rw-r--r-- 1 root root 110 Aug 26 00:09 appendonly.aof

然后我们再次使用客户端写入文件

# 再次使用redis客户端写入指令
[root@iZ8vb7bhe4b8nhhhpavhwpZ sbin]# redis-cli
127.0.0.1:6379> set test vv
(error) NOAUTH Authentication required.
127.0.0.1:6379> auth 123
OK
127.0.0.1:6379> set k4 v4
OK
127.0.0.1:6379>

可以看到大小又增加了，由此得出我们AOF配置生效了。

# 再次查看aof文件大小，变为139，说明aof配置生效
[root@iZ8vb7bhe4b8nhhhpavhwpZ sbin]# ll appendonly.aof
-rw-r--r-- 1 root root 139 Aug 26 00:10 appendonly.aof
[root@iZ8vb7bhe4b8nhhhpavhwpZ sbin]#

2. appendfilename ，该参数决定aof持久化文件的名字，这个就不多赘述了。 如下所示，这条配置就意味着aof文件名是appendonly

appendfilename "appendonly.aof"

3. dir ：该参数决定aof文件持久化位置，默认为redis-server的位置。

dir ./

4. appendfsync : 在介绍appendfsync，我们必须介绍一下操作系统提供的两个函数

1. write:write操作会触发操作系统延迟写机制，这种机制下数据一写到缓存区就直接返回，至于什么时候进行刷盘由操作系统决定，要么缓存空间满了刷，要么就是定时任务时间到了。
2. fsync:该调用会强制将缓存写入磁盘中，所以使用这个函数进行文件写入时，可能存在阻塞问题。

了解了上述两个函数之后，我们再来聊聊这个参数值:

1. `always`:该选项会使得命令一旦写入aof_buf后，就会调用操作系统的fsync将指令写到aof物理文件中，完成操作后线程返回
2. `everysec`:该选项会在命令写入`aof_buf`后调用操作系统的`wirte`，完成write后线程返回。`fsync`会由专门的线程每秒调用一次
3. `no`:该选项会在命令写入`aof_buf`后调用操作系统的`write`，完成`write`后线程返回，不调用`fsync`，同步操作由操作系统执行，最长周期为`30s`。

所以配置时，我们建议采用默认的写入策略everysec，他不会像always造成线程阻塞亦或者像no一样不可控。

 appendfsync everysec

4. no-appendfsync-on-rewrite:redis为了保证持久化aof文件时调用fsync时不会出现长时间的卡顿，增加了该参数，若设置为yes，在redis调用fsync期间出现的写入指令不会将其放到页缓存(page cache)中，仅仅做个接收，保证不阻塞。

no-appendfsync-on-rewrite yes

5. auto-aof-rewrite-percentage和auto-aof-rewrite-min-size(重点)：这两个参数决定redis何时进行重写，如下所示，这两个参数分别为100和64mb，意味当本次aof文件超过64+64*100%就触发redis自动重写。

auto-aof-rewrite-percentage 100
auto-aof-rewrite-min-size 64mb

6. aof-load-truncated：若设置为yes时在redis加载aof文件出错后会发送日志通知用户，反之则不做任何处理也不会启动redis，用户可以使用redis-check-aof指令完成数据修复。
   这个参数笔者会在后文演示。

aof-load-truncated yes

7. aof-rewrite-incremental-fsync：开启该参数后，子进程在进行aof重写时，每32m就会将数据写到的新的aof文件中，从而避免单刷造成的线程阻塞。

aof-rewrite-incremental-fsync yes

8. aof-use-rdb-preamble：redis 4.0之后支持同时开启rdb和aof，具体后文会详述

# rdb+aof两种机制结合使用
aof-use-rdb-preamble yes

AOF断电后恢复的过程是什么

我们在之前的aof文件重命名，模拟断电后数据丢失，首先将aof文件备份，在重启redis，模拟断电后数据丢失

[root@iZ8vb7bhe4b8nhhhpavhwpZ sbin]# mv appendonly.aof appendonly.aof.bak


# 重启redis服务端，打开客户端查看数据都丢失了
[root@iZ8vb7bhe4b8nhhhpavhwpZ sbin]# redis-cli
127.0.0.1:6379> auth 123
OK
127.0.0.1:6379> keys *
(empty array)

然后将备份文件还原，重启redis。

# 将aof文件还原，并重启redis
[root@iZ8vb7bhe4b8nhhhpavhwpZ sbin]# mv appendonly.aof.bak appendonly.aof
mv: overwrite ‘appendonly.aof’? y
[root@iZ8vb7bhe4b8nhhhpavhwpZ sbin]# redis-server /root/redis/redis.conf

可以看到，数据已经回来了。

# 再次使用redis查看，丢失的数据都回来了
[root@iZ8vb7bhe4b8nhhhpavhwpZ sbin]# redis-cli
127.0.0.1:6379> auth 123
OK
127.0.0.1:6379> keys *
1) "k4"
2) "k3"
3) "k2"
4) "k1"
127.0.0.1:6379>

进阶面试题

AOF重写机制如何压缩文件体积

如下图所示，可以看到重写时会查看进程内是否存在过期数据，如果数据过期则这个指令的操作也会被移除。
再一个我们之前可以存在对某个集合的元素添加操作，在重写时会将这些添加指令压缩成一条指令。

AOF重写时是否会阻塞线程

答案是会的，但阻塞仅仅发生在fork子进程那段时间，如下图所示，AOF重写时首先会fork一个子进程进行日志重写，在此期间新写入的数据都会被存到的AOF缓冲区中，直到子进程全部完成重写并原子覆盖aof日志文件后，才会将这些缓冲数据写到新的日志文件中。
需要补充的是，上面提到日志重写期间数据都会被写到AOF缓冲区中，在高并发场景下很可能导致内存被大量占用进而导致进程阻塞，所以Redis借由Linux管道技术使得在AOF日志重写期间的新增的数据照样可以写入到新文件中。

Redis重启后加载日志文件的顺序

执行顺序为:

1. 先看看有没有AOF，若有则先加载AOF，然后执行步骤2。
2. 查看是否有RDB文件，若有再加载RDB文件。

Redis恢复数据期间文件校验是怎么做

在日志写入期间要是服务器宕机了，那么这个日志文件可能就用不了了，而解决方案也很可能简单，redis给我提供一个命令进行fix。

例子如下，我们首先需要将一个日志文件损坏:

# 追加一个错误数据到aof文件末行并杀死redis 模拟服务器宕机
[root@iZ8vb7bhe4b8nhhhpavhwpZ sbin]# vim appendonly.aof


# 再次启动redis，操作数据时发现登录失败
[root@iZ8vb7bhe4b8nhhhpavhwpZ sbin]# redis-server /root/redis/redis.conf
[root@iZ8vb7bhe4b8nhhhpavhwpZ sbin]# redis-cli
Could not connect to Redis at 127.0.0.1:6379: Connection refused
not connected>

然后使用日志文件进行修复

#  使用 redis-check-aof --fix aof文件 修复文件
[root@iZ8vb7bhe4b8nhhhpavhwpZ sbin]# redis-check-aof --fix appendonly.aof
0x              8b: Expected prefix '*', got: 's'
AOF analyzed: size=151, ok_up_to=139, ok_up_to_line=34, diff=12
This will shrink the AOF from 151 bytes, with 12 bytes, to 139 bytes
# 这里选择y
Continue? [y/N]: y
Successfully truncated AOF

可以看到，经过fix修复后的日志文件部分数据已经恢复了

# 重启redis，使用客户端连接发现启动成功且数据都还在
[root@iZ8vb7bhe4b8nhhhpavhwpZ sbin]# redis-server /root/redis/redis.conf
[root@iZ8vb7bhe4b8nhhhpavhwpZ sbin]# redis-cli
127.0.0.1:6379> auth 123
OK
OK
127.0.0.1:6379> keys *
1) "k4"
2) "k3"
3) "k2"
4) "k1"

AOF有哪些优劣势

优势如下:

1. 备份机制更稳健，丢失数据几率低。
2. 日志可读，可以处理误操作。

而劣势也很明显:

1. 比RDB更占磁盘空间,毕竟RDB存放的不是二进制文件。
2. 每次AOF都进行fsync的话，性能开销大。
3. 恢复和备份速度较慢。

redis混合持久化

Redis4.0实现了RDB和AOF混合方式，相比于单RDB或者单AOF更安全，执行效率更高，它的执行过程大抵如下：

1. 初始状态下，写入的指令都会以RDB的形式写入RDB快照文件中。
2. 当发生AOF重写时(bgrewriteaof )，redis会fork出一个子进程，此时会创建一个新的AOF文件。
3. redis将全量rdb的数据写到新的aof文件中。
4. 随后再将aof缓冲区的增量命令（aof_rewrite_buf_blocks）写到新的aof文件中。
5. 完成上述操作后我们就会得到一个前半部分是RDB后半部分是AOF的aof日志文件。
6. 最后将新的aof文件替换掉旧的rdb和aof文件。

参考文献

面试必问的 Redis：RDB、AOF、混合持久化:https://zhuanlan.zhihu.com/p/340082703

《Redis开发与运维》:https://book.douban.com/subject/26971561/