當(dāng)前，我們已經(jīng)深入了解了Redis中的AOF（Append-Only File）持久化方法，它的優(yōu)勢在于記錄操作命令，不會(huì)顯著增加持久化數(shù)據(jù)量。通常情況下，只要你沒有選擇always的持久化策略，AOF方法對性能的影響是相對較小的。

然而，由于AOF方法記錄的是操作命令而不是實(shí)際的數(shù)據(jù)，所以在使用AOF進(jìn)行故障恢復(fù)時(shí)，需要逐一執(zhí)行所有的操作日志。當(dāng)操作日志非常龐大時(shí)，這個(gè)恢復(fù)過程會(huì)變得非常緩慢，從而影響了正常的使用體驗(yàn)。顯然，這并不是我們理想的情況。那么，是否有其他方法既可以保障數(shù)據(jù)可靠性，又能在宕機(jī)后實(shí)現(xiàn)快速恢復(fù)呢？

當(dāng)然有，這就是我們今天要一同探討的另一種持久化方法：內(nèi)存快照。內(nèi)存快照的概念很像拍照，它記錄了某一時(shí)刻的內(nèi)存中數(shù)據(jù)狀態(tài)，就像照片一樣。當(dāng)你給朋友拍照時(shí)，一張照片能完美地捕捉朋友的瞬間。對于Redis，它通過將某一時(shí)刻的數(shù)據(jù)狀態(tài)以文件形式寫入磁盤來實(shí)現(xiàn)這種效果，這個(gè)文件就是快照，通常稱為RDB文件，其中RDB代表Redis數(shù)據(jù)庫。

RDB文件的優(yōu)勢在于，即使發(fā)生宕機(jī)，快照文件也不會(huì)丟失，因此可靠性得到了保證。接下來，我們將深入了解RDB持久化方法，包括它的工作原理和配置等方面的細(xì)節(jié)。這將有助于你更好地理解如何選擇適當(dāng)?shù)某志没椒?，以滿足你的特定需求。

與AOF持久化相比，RDB持久化記錄的是某一時(shí)刻的數(shù)據(jù)狀態(tài)，而不是每個(gè)操作命令。這意味著在數(shù)據(jù)恢復(fù)過程中，我們可以直接將RDB文件加載到內(nèi)存中，迅速完成恢復(fù)。聽起來似乎非常理想，但內(nèi)存快照也并不是毫無缺點(diǎn)的最佳選項(xiàng)。為什么會(huì)這樣呢？

我們需要考慮兩個(gè)關(guān)鍵問題：

1. 哪些數(shù)據(jù)進(jìn)行快照？這關(guān)系到快照執(zhí)行的效率問題。
2. 在進(jìn)行快照時(shí)，數(shù)據(jù)是否能夠被修改、新增或刪除？這關(guān)系到Redis是否會(huì)被阻塞，以及是否能夠同時(shí)處理其他請求。

這或許還不夠清晰，我來用拍照的例子進(jìn)行解釋。當(dāng)我們拍照時(shí)，通常要思考兩個(gè)問題：

• 如何構(gòu)圖？也就是我們打算在照片中捕捉哪些人或物體。
• 在按下快門之前，需要確保拍攝對象不亂動(dòng)，以避免照片模糊。

你可以看到，這兩個(gè)問題非常重要，接下來，我們將詳細(xì)討論這兩個(gè)問題，首先是“構(gòu)圖”問題，即我們應(yīng)該選擇哪些數(shù)據(jù)進(jìn)行快照。

給哪些內(nèi)存數(shù)據(jù)做快照？

Redis 的數(shù)據(jù)都在內(nèi)存中，為了提供所有數(shù)據(jù)的可靠性保證，它執(zhí)行的是全量快照，也就是說，把內(nèi)存中的所有數(shù)據(jù)都記錄到磁盤中，這就類似于給 100 個(gè)人拍合影，把每一個(gè)人都拍進(jìn)照片里。這樣做的好處是，一次性記錄了所有數(shù)據(jù)，一個(gè)都不少。

當(dāng)你給一個(gè)人拍照時(shí)，只用協(xié)調(diào)一個(gè)人就夠了，但是，拍 100 人的大合影，卻需要協(xié)調(diào) 100 個(gè)人的位置、狀態(tài)，等等，這當(dāng)然會(huì)更費(fèi)時(shí)費(fèi)力。同樣，給內(nèi)存的全量數(shù)據(jù)做快照，把它們?nèi)繉懭氪疟P也會(huì)花費(fèi)很多時(shí)間。而且，全量數(shù)據(jù)越多，RDB 文件就越大，往磁盤上寫數(shù)據(jù)的時(shí)間開銷就越大。

對于 Redis 而言，它的單線程模型就決定了，我們要盡量避免所有會(huì)阻塞主線程的操作，所以，針對任何操作，我們都會(huì)提一個(gè)靈魂之問：“它會(huì)阻塞主線程嗎?”RDB 文件的生成是否會(huì)阻塞主線程，這就關(guān)系到是否會(huì)降低 Redis 的性能。

Redis 提供了兩個(gè)命令來生成 RDB 文件，分別是 save 和 bgsave。

save：在主線程中執(zhí)行，會(huì)導(dǎo)致阻塞；

bgsave：創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程，專門用于寫入 RDB 文件，避免了主線程的阻塞，這也是 Redis RDB 文件生成的默認(rèn)配置。

好了，這個(gè)時(shí)候，我們就可以通過 bgsave 命令來執(zhí)行全量快照，這既提供了數(shù)據(jù)的可靠性保證，也避免了對 Redis 的性能影響。

接下來，我們要關(guān)注的問題就是，在對內(nèi)存數(shù)據(jù)做快照時(shí)，這些數(shù)據(jù)還能“動(dòng)”嗎? 也就是說，這些數(shù)據(jù)還能被修改嗎？這個(gè)問題非常重要，這是因?yàn)椋绻麛?shù)據(jù)能被修改，那就意味著 Redis 還能正常處理寫操作。否則，所有寫操作都得等到快照完了才能執(zhí)行，性能一下子就降低了。

快照時(shí)數(shù)據(jù)能修改嗎?

在給別人拍照時(shí)，一旦對方動(dòng)了，那么這張照片就拍糊了，我們就需要重拍，所以我們當(dāng)然希望對方保持不動(dòng)。對于內(nèi)存快照而言，我們也不希望數(shù)據(jù)“動(dòng)”。

舉個(gè)例子。我們在時(shí)刻 t 給內(nèi)存做快照，假設(shè)內(nèi)存數(shù)據(jù)量是 4GB，磁盤的寫入帶寬是 0.2GB/s，簡單來說，至少需要 20s（4/0.2 = 20）才能做完。如果在時(shí)刻 t+5s 時(shí)，一個(gè)還沒有被寫入磁盤的內(nèi)存數(shù)據(jù) A，被修改成了 A’，那么就會(huì)破壞快照的完整性，因?yàn)?A’不是時(shí)刻 t 時(shí)的狀態(tài)。因此，和拍照類似，我們在做快照時(shí)也不希望數(shù)據(jù)“動(dòng)”，也就是不能被修改。

但是，如果快照執(zhí)行期間數(shù)據(jù)不能被修改，是會(huì)有潛在問題的。對于剛剛的例子來說，在做快照的 20s 時(shí)間里，如果這 4GB 的數(shù)據(jù)都不能被修改，Redis 就不能處理對這些數(shù)據(jù)的寫操作，那無疑就會(huì)給業(yè)務(wù)服務(wù)造成巨大的影響。

你可能會(huì)想到，可以用 bgsave 避免阻塞啊。這里我就要說到一個(gè)常見的誤區(qū)了，避免阻塞和正常處理寫操作并不是一回事。此時(shí)，主線程的確沒有阻塞，可以正常接收請求，但是，為了保證快照完整性，它只能處理讀操作，因?yàn)椴荒苄薷恼趫?zhí)行快照的數(shù)據(jù)。

為了快照而暫停寫操作，肯定是不能接受的。所以這個(gè)時(shí)候，Redis 就會(huì)借助操作系統(tǒng)提供的寫時(shí)復(fù)制技術(shù)（Copy-On-Write, COW），在執(zhí)行快照的同時(shí)，正常處理寫操作。

簡單來說，bgsave 子進(jìn)程是由主線程 fork 生成的，可以共享主線程的所有內(nèi)存數(shù)據(jù)。bgsave 子進(jìn)程運(yùn)行后，開始讀取主線程的內(nèi)存數(shù)據(jù)，并把它們寫入 RDB 文件。

此時(shí)，如果主線程對這些數(shù)據(jù)也都是讀操作（例如圖中的鍵值對 A），那么，主線程和 bgsave 子進(jìn)程相互不影響。但是，如果主線程要修改一塊數(shù)據(jù)（例如圖中的鍵值對 C），那么，這塊數(shù)據(jù)就會(huì)被復(fù)制一份，生成該數(shù)據(jù)的副本。然后，bgsave 子進(jìn)程會(huì)把這個(gè)副本數(shù)據(jù)寫入 RDB 文件，而在這個(gè)過程中，主線程仍然可以直接修改原來的數(shù)據(jù)。

寫時(shí)復(fù)制機(jī)制保證快照期間數(shù)據(jù)可修改

這既保證了快照的完整性，也允許主線程同時(shí)對數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，避免了對正常業(yè)務(wù)的影響。

到這里，我們就解決了對“哪些數(shù)據(jù)做快照”以及“做快照時(shí)數(shù)據(jù)能否修改”這兩大問題：Redis 會(huì)使用 bgsave 對當(dāng)前內(nèi)存中的所有數(shù)據(jù)做快照，這個(gè)操作是子進(jìn)程在后臺完成的，這就允許主線程同時(shí)可以修改數(shù)據(jù)。

現(xiàn)在，我們再來看另一個(gè)問題：多久做一次快照？我們在拍照的時(shí)候，還有項(xiàng)技術(shù)叫“連拍”，可以記錄人或物連續(xù)多個(gè)瞬間的狀態(tài)。那么，快照也適合“連拍”嗎？

可以每秒做一次快照嗎？

對于內(nèi)存快照，所謂的“連拍”即連續(xù)執(zhí)行多次快照。這將大大減小快照之間的時(shí)間間隔，即使在某一刻發(fā)生宕機(jī)，由于上一刻的快照剛剛執(zhí)行，所丟失的數(shù)據(jù)也會(huì)降至最低。然而，快照間隔時(shí)間的選擇成為關(guān)鍵。

如下圖所示，我們在T0時(shí)刻首次執(zhí)行了一次快照，然后在T0+t時(shí)刻再次執(zhí)行了快照。在這段時(shí)間內(nèi)，數(shù)據(jù)塊5和9發(fā)生了修改。如果在t時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)宕機(jī)，只能按照T0時(shí)刻的快照進(jìn)行恢復(fù)。這時(shí)，由于數(shù)據(jù)塊5和9的修改沒有被記錄在快照中，它們的值將無法完全恢復(fù)。

快照機(jī)制下的數(shù)據(jù)丟失

所以，要想盡可能恢復(fù)數(shù)據(jù)，t 值就要盡可能小，t 越小，就越像“連拍”。那么，t 值可以小到什么程度呢，比如說是不是可以每秒做一次快照？畢竟，每次快照都是由 bgsave 子進(jìn)程在后臺執(zhí)行，也不會(huì)阻塞主線程。

這種想法其實(shí)是錯(cuò)誤的。雖然 bgsave 執(zhí)行時(shí)不阻塞主線程，但是，如果頻繁地執(zhí)行全量快照，也會(huì)帶來兩方面的開銷。

首先，頻繁將完整的數(shù)據(jù)寫入磁盤會(huì)對磁盤造成巨大的壓力。多個(gè)快照爭相使用有限的磁盤帶寬，這可能導(dǎo)致前一個(gè)快照尚未完成，后一個(gè)快照已經(jīng)開始，從而產(chǎn)生惡性循環(huán)。

另一方面，bgsave子進(jìn)程需要通過fork操作從主線程中創(chuàng)建。雖然子進(jìn)程在創(chuàng)建后不會(huì)再次阻塞主線程，但是fork這個(gè)創(chuàng)建過程本身會(huì)阻塞主線程。而且主線程的內(nèi)存越大，阻塞時(shí)間越長。如果頻繁進(jìn)行fork以創(chuàng)建bgsave子進(jìn)程，這將頻繁地阻塞主線程。那么，有沒有更好的方法呢？

在這種情況下，可以考慮使用增量快照。增量快照指的是在生成完整快照后，后續(xù)的快照只記錄已更改的數(shù)據(jù)，從而避免每次生成完整快照的開銷。

在第一次做完全量快照后，T1 和 T2 時(shí)刻如果再做快照，我們只需要將被修改的數(shù)據(jù)寫入快照文件就行。但是，這么做的前提是，我們需要記住哪些數(shù)據(jù)被修改了。你可不要小瞧這個(gè)“記住”功能，它需要我們使用額外的元數(shù)據(jù)信息去記錄哪些數(shù)據(jù)被修改了，這會(huì)帶來額外的空間開銷問題。如下圖所示：

增量快照示意圖

如果我們?yōu)槊總€(gè)鍵值對的修改都記錄一條記錄，那么當(dāng)有1萬個(gè)鍵值對被修改時(shí)，我們就需要額外記錄1萬條記錄。有時(shí)，鍵值對可能非常小，例如只有32字節(jié)，而為了記錄它們的修改，我們可能需要8字節(jié)的元數(shù)據(jù)信息。在某些情況下，為了記錄修改所引入的額外空間開銷會(huì)相當(dāng)大。對于內(nèi)存資源寶貴的Redis來說，這可能不是一個(gè)劃算的選擇。

從這里可以看出，雖然與AOF相比，快照的恢復(fù)速度更快，但快照的頻率很難確定。如果頻率太低，一旦在兩次快照之間發(fā)生宕機(jī)，可能會(huì)有大量數(shù)據(jù)丟失。如果頻率太高，將導(dǎo)致額外的開銷。那么，有沒有一種方法既能利用RDB的快速恢復(fù)，又能以較小的開銷盡量減少數(shù)據(jù)丟失呢？

Redis 4.0 中提出了一個(gè)混合使用 AOF 日志和內(nèi)存快照的方法。簡單來說，內(nèi)存快照以一定的頻率執(zhí)行，在兩次快照之間，使用 AOF 日志記錄這期間的所有命令操作。

這樣一來，快照不用很頻繁地執(zhí)行，這就避免了頻繁 fork 對主線程的影響。而且，AOF 日志也只用記錄兩次快照間的操作，也就是說，不需要記錄所有操作了，因此，就不會(huì)出現(xiàn)文件過大的情況了，也可以避免重寫開銷。

如下圖所示，T1 和 T2 時(shí)刻的修改，用 AOF 日志記錄，等到第二次做全量快照時(shí)，就可以清空 AOF 日志，因?yàn)榇藭r(shí)的修改都已經(jīng)記錄到快照中了，恢復(fù)時(shí)就不再用日志了。

內(nèi)存快照和AOF混合使用

這個(gè)方法既能享受到 RDB 文件快速恢復(fù)的好處，又能享受到 AOF 只記錄操作命令的簡單優(yōu)勢，頗有點(diǎn)“魚和熊掌可以兼得”的感覺，建議你在實(shí)踐中用起來。

小結(jié)

在本篇文章中，我們深入學(xué)習(xí)了Redis用于避免數(shù)據(jù)丟失的內(nèi)存快照方法。這種持久化方式具有快速恢復(fù)數(shù)據(jù)庫的顯著優(yōu)勢，只需將RDB文件直接加載到內(nèi)存中，避免了AOF方式需要逐一重新執(zhí)行操作命令所帶來的性能低效問題。

然而，內(nèi)存快照方法也存在一些限制。它類似于拍攝內(nèi)存的“大合影”，這不可避免地會(huì)占用較多的時(shí)間和計(jì)算資源。雖然Redis采用了bgsave和寫時(shí)復(fù)制等方式來最小化內(nèi)存快照對正常讀寫操作的影響，但頻繁的快照仍然可能對性能產(chǎn)生不可接受的壓力。因此，將RDB和AOF方式混合使用，可以充分利用它們各自的優(yōu)勢，規(guī)避它們的弱點(diǎn)，以較小的性能開銷來同時(shí)保證數(shù)據(jù)的可靠性和性能。

最后，關(guān)于選擇AOF和RDB的問題，我愿意提供三點(diǎn)建議：

1. 當(dāng)數(shù)據(jù)絕不能丟失時(shí)，混合使用內(nèi)存快照和AOF方式是一個(gè)明智的選擇。
2. 如果可以容忍分鐘級別的數(shù)據(jù)丟失，可以只使用RDB方式。
3. 如果決定僅采用AOF方式，首選使用everysec的配置選項(xiàng)，因?yàn)樗诳煽啃院托阅苤g取得了較好的平衡。