Redis持久化之AOF

AOF（ append only file） 持久化

以独立日志的方式记录每次写命令，重启时再重新执行AOF文件中的命令达到恢复数据的目的。 AOF的主要作用是解决了数据持久化的实时性， 目前已经是Redis持久化的主流方式。 理解掌握好AOF持久化机制对我们兼顾数据安全性和性能非常有帮助。

AOF配置

开启AOF功能需要设置配置： appendonly yes， 默认不开启。

AOF文件名通过appendfilename配置设置，默认文件名是appendonly.aof。 保存路径同RDB持久化方式一致，通过dir配置指定。

AOF运作流程

1） 所有的写入命令会追加到aof_buf（ 缓冲区）中。
2） AOF缓冲区根据对应的策略向硬盘做同步操作。
3） 随着AOF文件越来越大，需要定期对AOF文件进行重写，达到压缩的目的。
4） 当Redis服务器重启时，可以加载AOF文件进行数据恢复。

写入命令

AOF命令写入的内容直接是文本协议格式。 例如set hello world这条命令， 在AOF缓冲区会追加如下文本：

*3
$3
set
$5
hello
$5
world

AOF为什么直接采用文本协议格式？

·文本协议具有很好的兼容性。
·开启AOF后，所有写入命令都包含追加操作 直接采用协议格式，避免了二次处理开销。
·文本协议具有可读性，方便直接修改和处理。

AOF为什么把命令追加到aof_buf中？

Redis使用单线程响应命令，如果每次写AOF文件命令都直接追加到硬盘，那么性能完全取决于当前硬盘负载。 
先写入缓冲区aof_buf中，还有另一个好处，Redis可以提供多种缓冲区同步硬盘的策略，在性能和安全性方面做出平衡。

文件同步

Redis提供了多种AOF缓冲区同步文件策略，由参数appendfsync控制，不同值的含义如下：

always    命令写入aof_buf后，调用系统fsync操作同步到AOF文，fsync完成后线程返回
everysec  命令写入aof_buf后调用系统write操作，write完成后线程返回。fsync同步文件操作由专门线程每秒调用一次
no        命令下入aof_buf后调用系统write操作，不对AOF文件做fsync同步，同步硬盘操作由操作系统负责，通常同步周期最长30秒

系统调用write和fsync说明

·write操作会触发延迟写（delayed write） 机制。Linux在内核提供页缓冲区用来提高硬盘IO性能。 write操作在写入系统缓冲区后直接返回。同步硬盘操作依赖于系统调度机制，例如：缓冲区页空间写满或达到特定时间周期。 同步文件之前， 如果此时系统故障宕机，缓冲区内数据将丢失。
·fsync针对单个文件操作（比如AOF文件） ，做强制硬盘同步，fsync将阻塞直到写入硬盘完成后返回， 保证了数据持久化。

参数解说

·配置为always时， 每次写入都要同步AOF文件， 在一般的SATA硬盘上， Redis只能支持大约几百TPS写入， 显然跟Redis高性能特性背道而驰，不建议配置。
·配置为no， 由于操作系统每次同步AOF文件的周期不可控， 而且会加大每次同步硬盘的数据量， 虽然提升了性能， 但数据安全性无法保证。
·配置为everysec， 是建议的同步策略， 也是默认配置， 做到兼顾性能和数据安全性。 理论上只有在系统突然宕机的情况下丢失1秒的数据。

重写机制

随着命令不断写入AOF，文件会越来越大，为了解决这个问题，Redis引入AOF重写机制压缩文件体积。

AOF文件重写是把Redis进程内的数据转化为写命令同步到新AOF文件的过程。

为什么要重写？

AOF重写降低了文件占用空间。
更小的AOF文件可以更快地被Redis加载。

重写后的AOF文件为什么可以变小？

1） 进程内已经超时的数据不再写入文件。
2） 旧的AOF文件含有无效命令， 如del key1、 hdel key2、 srem keys、 seta111、 set a222等。 重写使用进程内数据直接生成， 这样新的AOF文件只保留最终数据的写入命令。
3） 多条写命令可以合并为一个， 如： lpush list a、 lpush list b、 lpush list c可以转化为： lpush list a b c。 为了防止单条命令过大造成客户端缓冲区溢出， 对于list、 set、 hash、 zset等类型操作， 以64个元素为界拆分为多条。

重写的触发
手动触发

直接调用bgrewriteaof命令

自动触发
根据auto-aof-rewrite-min-size和auto-aof-rewrite-percentage参数确定自动触发时机。

·auto-aof-rewrite-min-size： 表示运行AOF重写时文件最小体积， 默认为64MB。
·auto-aof-rewrite-percentage： 代表当前AOF文件空间（ aof_current_size） 和上一次重写后AOF文件空间（ aof_base_size） 的比值。

自动触发时机=aof_current_size>auto-aof-rewrite-minsize&&（ aof_current_size-aof_base_size） /aof_base_size>=auto-aof-rewritepercentage

其中aof_current_size和aof_base_size可以在info Persistence统计信息中查看。

AOF重写运作流程

1） 执行AOF重写请求。

如果当前进程正在执行AOF重写， 请求不执行并返回如下响应：
  ERR Background append only file rewriting already in progress
如果当前进程正在执行bgsave操作， 重写命令延迟到bgsave完成之后再执行， 返回如下响应：
  Background append only file rewriting scheduled

2） 父进程执行fork创建子进程，开销等同于bgsave过程。

3.1） 主进程fork操作完成后，继续响应其他命令。所有修改命令依然写入AOF缓冲区并根据appendfsync策略同步到硬盘， 保证原有AOF机制正确性。

3.2） 由于fork操作运用写时复制技术，子进程只能共享fork操作时的内存数据。由于父进程依然响应命令， Redis使用“AOF重写缓冲区”保存这部分新数据，防止新AOF文件生成期间丢失这部分数据。

4） 子进程根据内存快照， 按照命令合并规则写入到新的AOF文件。 每次批量写入硬盘数据量由配置aof-rewrite-incremental-fsync控制， 默认为32MB， 防止单次刷盘数据过多造成硬盘阻塞。

5.1）新AOF文件写入完成后， 子进程发送信号给父进程， 父进程更新统计信息， 具体见info persistence下的aof_*相关统计。

5.2）父进程把AOF重写缓冲区的数据写入到新的AOF文件。

5.3）使用新AOF文件替换老文件， 完成AOF重写。

重启加载

redis持久化加载流程：

1） AOF持久化开启且存在AOF文件时， 优先加载AOF文件， 打印如下日志：
  * DB loaded from append only file: 5.841 seconds
2） AOF关闭或者AOF文件不存在时， 加载RDB文件， 打印如下日志：
  * DB loaded from disk: 5.586 seconds
3） 加载AOF/RDB文件成功后， Redis启动成功。
4） AOF/RDB文件存在错误时， Redis启动失败并打印错误信息。

文件校验

加载损坏的AOF文件时会拒绝启动， 并打印如下日志：

# Bad file format reading the append only file: make a backup of your AOF file, then use ./redis-check-aof --fix <filename>

对于错误格式的AOF文件，先进行备份，然后采用redis-check-aof--fix命令进行修复， 修复后使用diff-u对比数据的差异， 找出丢失的数据，有些可以人工修改补全。

AOF文件可能存在结尾不完整的情况， 比如机器突然掉电导致AOF尾部文件命令写入不全。 Redis为我们提供了aof-load-truncated配置来兼容这种情况， 默认开启。 加载AOF时， 当遇到此问题时会忽略并继续启动， 同时打印如下警告日志：

# !!! Warning: short read while loading the AOF file !!!
# !!! Truncating the AOF at offset 397856725 !!!
# AOF loaded anyway because aof-load-truncated is enabled