Redis笔记（13）：RDB持久化

Redis是内存数据库，它将自己的数据库状态储存在内存里面，一旦服务器进程退出，服务器中的数据库状态也会消失不见。为了解决这个问题，Redis提供了RDB持久化功能，将Redis在内存中的数据库状态保存到磁盘里面，避免数据意外丢失。RDB持久化既可以手动执行，也可以根据服务器配置选项定期执行。RDB持久化功能所生成的RDB文件是一个经过压缩的二进制文件，通过该文件可以还原生成RDB文件时的数据库状态。

1.RDB文件的创建与载入

（1）创建RDB文件

SAVE、BGSAVE可以用于生成RDB文件，SAVE命令会阻塞Redis服务器进程，直到RDB文件创建完毕，在服务器进程阻塞期间，服务器不能处理任何命令请求。BGSAVE命令会派生出一个子进程，然后由子进程负责创建RDB文件，服务器进程（父进程）继续处理命令请求。创建RDB文件的实际工作由rdb.c/rdbSave函数完成，SAVE命令和BGSAVE命令会以不同的方式调用这个函数，BGSAVE会fork一个进程来执行rdbSave函数。

在BGSAVE命令执行期间，服务器处理SAVE、BGSAVE、BGREWRITEAOF三个命令的方式会和平时有所不同。

处理SAVE： 客户端发送的SAVE命令会被服务器拒绝，服务器禁止SAVE和BGSAVE同时执行，是为了避免父进程和子进程同时执行两个rdbSave调用，防止产生竞争条件。

处理BGSAVE： 客户端发送的 BGSAVE命令会被服务器拒绝，因为同时执行两个BGSAVE命令也会产生竞争条件。

处理BGREWRITEAOF： BGREWRITEAOF和BGSAVE两个命令不能同时执行：

• 如果BGSAVE命令正在执行，客户端发送的BGREWRITEAOF命令会被延迟到BGSAVE命令执行完毕之后执行。
• 如果BGREWRITEAOF命令正在执行，那么客户端发送的BGSAVE命令会被服务器拒绝。

BGREWRITEAOF和BGSAVE两个命令的实际工作都由子进程执行，所以这两个命令在操作方面并没有什么冲突的地方，不能同时执行它们只是一个性能方面的考虑，并发出两个子进程，并且这两个子进程都同时执行大量的磁盘写入操作，会降低服务器的性能。

（2）RDB文件载入

RDB文件的载入工作是在服务器启动时自动执行的，Redis并没有专门用于载入RDB文件的命令，只要Redis服务器在启动时检测到RDB文件存在，它就会自动载入RDB文件。载入RDB文件的实际工作由rdb.c/rdbload函数完成。

因为AOF文件的更新频率通常比RDB文件的更新频率高，所以如果服务器开启了AOF持久化功能，那么服务器会优先使用AOF文件来还原数据库状态。只有在AOF持久化功能处于关闭状态时，服务器才会使用RDB文件来还原数据库状态。

2.自动持久化

Redis允许用户通过设置服务器配置的save选项，让服务器周期性自动执行一次BGSAVE命令。用户可以通过save选项设置多个保存条件，但只要其中任意一个条件被满足，服务器就会执行 BGSAVE命令。服务器的save属性默认配置如下：

save 900 1      //在900秒之内，对数据库进行了至少1次修改
save 300 10     //在300秒之内，对数据库进行了至少10次修改。
save 60 10000   //在60秒之内，对数据库进行了至少10000次修改。

需要用到redisServer结构中的如下属性：

（1）save选项的保存

saveparams属性是一个数组，数组中的每个元素都是一个saveparam结构，每个saveparam结构都保存了一个save选项设置的保存条件，包括seconds、changes两个属性。默认情况下，saveparams数组的结构如下。

（2）dirty计数器和lastsave属性

dirty计数器记录距离上一次成功执行SAVE命令或者BGSAVE命令之后，服务器对数据库的进行了多少次修改（包括写入、删除、更新等操作）。

lastsave属性是一个UNIX时间戳，记录了服务器上一次成功执行SAVE命令或者BGSAVE命令的时间。

当服务器成功执行一个数据库修改命令之后，程序就会对dirty计数器进行更新，命令修改了多少次数据库，dirty计数器的值就增加多少，执行同一条命令，可能修改了N个键值对，dirty会增加N。

（3）检查保存条件是否满足

serverCron函数默认每隔100毫秒就会执行一次，它会检查save选项所设置的保存条件是否已经满足，如果满足的话，就执行BGSAVE命令。

3.RDB文件结构

（1）整体结构

一个RDB的文件的完整结构如下：

RDB文件的最开头是REDIS部分，这个部分的长度为5字节，保存着”REDIS"五个字符。通过这五个字符，程序可以在载入文件时，快速检查所载入的文件是否RDB文件。

db_version长度为4字节，它的值是一个字符串表示的整数，记录了RDB文件的版本号，是RDB文件格式的版本，不是数据库的版本。

databases包含着零个或任意多个数据库，以及各个数据库中的键值对数据：如果服务器的数据库为空，那么这个部分也为空，长度为0字节。如果服务器的数据库为非空（有至少一个数据库非空），那么这个部分也为非空，根据数据库所保存键值对的数量、类型和内容不同，这个部分的长度也会有所不同。

EOF常量的长度为1字节，这个常量标志着RDB文件正文内容的结束，当读入程序遇到这个值的时候，它知道所有数据库的所有键值对都已经载入完毕了。

check_sum是一个8字节长的无符号整数，保存着一个校验和，这个校验和是程序通过对REDIS、db_version、databases、EOF四个部分的内容进行计算得出的。服务器在载入RDB文件时，会将载入数据所计算出的校验和与check_sum所记录的校验和进行对比，以此来检查RDB文件是否有出错或者损坏的情况出现。

（2）databases部分

一个RDB文件的databases部分可以保存任意多个非空数据库。假如0号和3号数据库非空，RDB文件的结构如下：

①database的组成结构

每个非空数据库database包括SELECTDB、db_number、key_value_pairs三个部分，结构如下：

SELECTDB常量的长度为1字节，当读入程序遇到这个值的时候，它知道接下来要读入的将是一个数据库号码。

db_number保存着一个数据库号码，根据号码的大小不同，这个部分的长度可以是1字节、2字节或者5字节。当程序读入db_number部分之后，服务器会调用SELECT命令，根据读入的数据库号码进行数据库切换，使得之后读入的键值对可以载入到正确的数据库中。

key_value_pairs保存了db_number对应数据库中的所有键值对数据，如果键值对带有过期时间，那么过期时间也会和键值对保存在一起。根据键值对的数量、类型、内容以及是否有过期时间等条件的不同，key_value_pairs部分的长度也会有所不同。

②key_value_pairs部分

RDB文件中的每个key_value_pairs部分都保存了一个或以上数量的键值对，如果键值对带有过期时间的话，那么键值对的过期时间也会被保存在内，两种结构如下：

EXPIRETIME_MS常量的长度为1字节，它告知读入程序，接下来要读入的将是一个以毫秒为单位的过期时间。

ms是一个8字节长的带符号整数，记录着一个以毫秒为单位的UNIX时间戳，这个时间戳就是键值对的过期时间。

TYPE记录了value的类型，长度为1字节，每个TYPE常量都代表了一种对象类型或者底层编码，当服务器读入RDB文件中的键值对数据时，程序会根据TYPE的值来决定如何读入和解释value的数据。

key总是一个字符串对象，它的编码方式和REDIS_RDB_TYPE_STRING类型的value一样。根据内容长度的不同，key的长度也会有所不同。

value部分都保存了一个值对象，每个值对象的类型都由与之对应的TYPE记录，根据类型的不同，value部分的结构、长度也会有所不同。