Redis AOF持久化详解：原理、重写与数据恢复-优快云博客

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第十一章　AOF持久化

Redis提供了AOF（Append Only File）持久化功能，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

服务器在启动时，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

我们将对AOF持久化功能的实现进行介绍，说明AOF文件的写入、保存、载入等操作的实现原理；并介绍用于减少AOF文件体积的AOF重写功能，以及该功能的实现原理

文章目录

第十一章　AOF持久化

11.1　AOF持久化的实现

AOF持久化功能的实现可以分为命令追加（append）、文件写入、文件同步（sync）三个步骤

11.1.1　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写命令追加到服务器状态的aof_buf缓冲区的末尾

struct redisServer {
    // ...
    // AOF 缓冲区
    sds aof_buf;
    // ...
};

11.1.2　AOF文件的写入与同步

Redis的服务器进程就是一个事件循环（loop），这个循环中的文件事件负责接收客户端的命令请求，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flushAppendOnly File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，伪代码如下

def eventLoop():
    while True:
    # 处理文件事件，接收命令请求以及发送命令回复
    # 处理命令请求时可能会有新内容被追加到 aof_buf 缓冲区中
    processFileEvents()
    # 处理时间事件
    processTimeEvents()
    # 考虑是否要将 aof_buf 中的内容写入和保存到 AOF 文件里面
    # 通过服务器配置appendfsync(always, everysec, no)选项的值来决定
    flushAppendOnlyFile()

11.2　AOF文件的载入与数据还原

服务器只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

Redis读取AOF文件并还原数据库状态的详细步骤如下
1. 创建一个不带网络连接的伪客户端（fake client）
2. 从AOF文件中分析并读取出一条写命令
3. 使用伪客户端执行被读出的写命令
4. 一直执行步骤2和步骤3，直到AOF文件中的所有写命令都被处理完毕为止

11.3　AOF重写

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（rewrite）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AOF文件不会包含任何浪费空间的冗余命令，所以新AOF文件的体积通常会比旧AOF文件的体积要小得多

11.3.1　AOF文件重写的实现

通过读取服务器当前的数据库状态来实现的

为了避免在执行命令时造成客户端输入缓冲区溢出，重写程序在处理列表、哈希表、集合、有序集合这四种可能会带有多个元素的键时，设置一条命令最多记录键值个数为64

11.3.2　AOF后台重写

Redis将AOF重写程序放到子进程里执行（否则线程会被长时间阻塞，服务期将无法处理客户端发来的命令请求）
- 子进程进行AOF重写期间，服务器进程（父进程）可以继续处理命令请求
- 可以在避免使用锁的情况下，保证数据的安全性

在使用子进程进行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文件所保存的数据库状态不一致。

为了解决这种数据不一致问题，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

在子进程执行AOF重写期间，服务器进程需要执行以下三个工作：
1. 执行客户端发来的命令
2. 将执行后的写命令追加到AOF缓冲区
3. 将执行后的写命令追加到AOF重写缓冲区
可以保证
- AOF缓冲区的内会定期被写入和同步到AOF文件，对现有AOF文件的处理工作会如常进行
- 从创建子进程开始，服务器执行的所有写命令都会被记录到AOF重写缓冲区里面
当子进程完成AOF重写工作之后，它会向父进程发送一个信号，父进程在接到该信号之后，会调用一个信号处理函数，并执行以下工作：
- 将AOF重写缓冲区中的所有内容写入到新AOF文件中，这时新AOF文件所保存的数据库状态将和服务器当前的数据库状态一致
- 对新的AOF文件进行改名，原子地（atomic）覆盖现有的AOF文件，完成新旧两个AOF文件的替换
这个信号处理函数执行完毕之后，父进程就可以继续像往常一样接受命令请求了。

11.4　重点回顾

AOF文件通过保存所有修改数据库的写命令请求来记录服务器的数据库状态
AOF文件中的所有命令都以Redis命令请求协议的格式保存
命令请求会先保存到AOF缓冲区里面，之后再定期写入并同步到AOF文件
appendfsy nc选项的不同值对AOF持久化功能的安全性以及Redis服务器的性能有很大的影响
服务器只要载入并重新执行保存在AOF文件中的命令，就可以还原数据库本来的状态
AOF重写可以产生一个新的AOF文件，这个新的AOF文件和原有的AOF文件所保存的数据库状态一样，但体积更小
AOF重写是一个有歧义的名字，该功能是通过读取数据库中的键值对来实现的，程序无须对现有AOF文件进行任何读入、分析或者写入操作
AOF文件和原有的AOF文件所保存的数据库状态一样，但体积更小
AOF重写是一个有歧义的名字，该功能是通过读取数据库中的键值对来实现的，程序无须对现有AOF文件进行任何读入、分析或者写入操作
在执行BGREWRITEAOF命令时，Redis服务器会维护一个AOF重写缓冲区，该缓冲区会在子进程创建新AOF文件期间，记录服务器执行的所有写命令。当子进程完成创建新AOF文件的工作之后，服务器会将重写缓冲区中的所有内容追加到新AOF文件的末尾，使得新旧两个AOF文件所保存的数据库状态一致。最后，服务器用新的AOF文件替换旧的AOF文件，以此来完成AOF文件重写操作