Redis如何保证数据不丢失(可靠性)

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Redis 保证数据不丢失的主要手段有两个:

  1. 持久化

  2. 多机部署

我们分别来看它们两的具体实现细节。

1.Redis 持久化

持久化是指将数据从内存中存储到持久化存储介质中(如硬盘)的过程,以便在程序重启或者系统崩溃等情况下,能够从持久化存储介质中恢复数据。

Redis 4.0 之后支持以下 3 种持久化方案:

  1. RDB(Redis DataBase)持久化:快照方式持久化,将某一个时刻的内存数据,以二进制的方式写入磁盘;

  2. AOF(Append Only File)持久化:文件追加持久化,记录所有非查询操作命令,并以文本的形式追加到文件中;

  3. 混合持久化:RDB + AOF 混合方式的持久化,Redis 4.0 之后新增的方式,混合持久化是结合了 RDB 和 AOF 的优点,在写入的时候,先把当前的数据以 RDB 的形式写入文件的开头,再将后续的操作命令以 AOF 的格式存入文件,这样既能保证 Redis 重启时的速度,又能减低数据丢失的风险。

1.1 RDB 持久化

RDB(Redis Database)是将某一个时刻的内存快照(Snapshot),以二进制的方式写入磁盘的持久化机制。

RDB 持久化机制有以下优缺点:

优点:

  1. 速度快:相对于 AOF 持久化方式,RDB 持久化速度更快,因为它只需要在指定的时间间隔内将数据从内存中写入到磁盘上。

  2. 空间占用小:RDB 持久化会将数据保存在一个压缩的二进制文件中,因此相对于 AOF 持久化方式,它占用的磁盘空间更小。

  3. 恢复速度快:因为 RDB 文件是一个完整的数据库快照,所以在 Redis 重启后,可以非常快速地将数据恢复到内存中。

  4. 可靠性高:RDB 持久化方式可以保证数据的可靠性,因为数据会在指定时间间隔内自动写入磁盘,即使 Redis 进程崩溃或者服务器断电,也可以通过加载最近的一次快照文件恢复数据。

缺点:

  1. 数据可能会丢失:RDB 持久化方式只能保证数据在指定时间间隔内写入磁盘,因此如果 Redis 进程崩溃或者服务器断电,从最后一次快照保存到崩溃的时间点之间的数据可能会丢失。

  2. 实时性差:因为 RDB 持久化是定期执行的,因此从最后一次快照保存到当前时间点之间的数据可能会丢失。如果需要更高的实时性,可以使用 AOF 持久化方式。

所以,RDB 持久化方式适合用于对数据可靠性要求较高,但对实时性要求不高的场景,如 Redis 中的备份和数据恢复等。

1.2 AOF 持久化

AOF(Append Only File)它是将 Redis 每个非查询操作命令都追加记录到文件(appendonly.aof)中的持久化机制。

AOF 持久化机制有以下优缺点:

优点:

  1. 数据不容易丢失:AOF 持久化方式会将 Redis 执行的每一个写命令记录到一个文件中,因此即使 Redis 进程崩溃或者服务器断电,也可以通过重放 AOF 文件中的命令来恢复数据。

  2. 实时性好:由于 AOF 持久化方式是将每一个写命令记录到文件中,因此它的实时性比 RDB 持久化方式更好。

  3. 数据可读性强:AOF 持久化文件是一个纯文本文件,可以被人类读取和理解,因此可以方便地进行数据备份和恢复操作。

缺点:

  1. 写入性能略低:由于 AOF 持久化方式需要将每一个写命令记录到文件中,因此相对于 RDB 持久化方式,它的写入性能略低。

  2. 占用磁盘空间大:由于 AOF 持久化方式需要记录每一个写命令,因此相对于 RDB 持久化方式,它占用的磁盘空间更大。

  3. AOF 文件可能会出现损坏:由于 AOF 文件是不断地追加写入的,因此如果文件损坏,可能会导致数据无法恢复。

所以,AOF 持久化方式适合用于对数据实时性要求较高,但对数据大小和写入性能要求相对较低的场景,如需要对数据进行实时备份的应用场景。

1.3 混合持久化

Redis 混合持久化是指将 RDB 持久化方式和 AOF 持久化方式结合起来使用,以充分发挥它们的优势,同时避免它们的缺点。

它的优缺点如下:

优点:

混合持久化结合了 RDB 和 AOF 持久化的优点,开头为 RDB 的格式,使得 Redis 可以更快的启动,同时结合 AOF 的优点,有减低了大量数据丢失的风险。

缺点:

  1. 实现复杂度高:混合持久化需要同时维护 RDB 文件和 AOF 文件,因此实现复杂度相对于单独使用 RDB 或 AOF 持久化方式要高。

  2. 可读性差:AOF 文件中添加了 RDB 格式的内容,使得 AOF 文件的可读性变得很差;

  3. 兼容性差:如果开启混合持久化,那么此混合持久化 AOF 文件,就不能用在 Redis 4.0 之前版本了。

所以,Redis 混合持久化方式适合用于,需要兼顾启动速度和减低数据丢失的场景。但需要注意的是,混合持久化的实现复杂度较高、可读性差,只能用于 Redis 4.0 以上版本,因此在选择时需要根据实际情况进行权衡。

2.Redis 集群

Redis 集群是将原先的单服务器,变为了多服务器,这样 Redis 保存的数据也从一台服务器变成了多台服务器,这样即使有一台服务器出问题了,其他的服务器还有备份数据。所以使用 Redis 集群除了可以保证高可用,还保证了数据不丢失。

Redis 集群运行有以下 3 种方案:

  1. 主从同步

  2. 哨兵模式

  3. Redis Cluster

2.1 主从同步

主从同步 (主从复制) 是 Redis 高可用服务的基石,也是多机运行中最基础的一个。我们把主要存储数据的节点叫做主节点 (master),把其他通过复制主节点数据的副本节点叫做从节点 (slave),如下图所示:

图片

在 Redis 中一个主节点可以拥有多个从节点,一个从节点也可以是其他服务器的主节点,如下图所示:

图片

2.2 哨兵模式

主从同步存在一个致命的问题,当主节点奔溃之后,需要人工干预才能恢复 Redis 的正常使用。所以我们需要一个自动的工具——Redis Sentinel (哨兵模式) 来把手动的过程变成自动的,让 Redis 拥有自动容灾恢复 (failover) 的能力。哨兵模式如下所示:

图片

小贴士:Redis Sentinel  的最小分配单位是一主一从。

2.3 Redis Cluster

Redis Cluster 是 Redis 3.0 版本推出的 Redis 集群方案,它将数据分布在不同的服务区上,以此来降低系统对单主节点的依赖,并且可以大大的提高 Redis 服务的读写性能。Redis Cluster 架构图如下所示:

图片

从上图可以看出 Redis 的主从同步只能有一个主节点,而 Redis Cluster 可以拥有无数个主从节点,因此 Redis Cluster 拥有更强大的平行扩展能力,也就是说当 Redis Cluster 拥有两个主从节点时,从理论上来讲 Redis 的性能相比于主从来说性能提升了两倍,并且 Redis Cluster 也有自动容灾恢复的机制。

小结

Redis 保证数据不丢失的主要手段有两个:持久化和集群运行。其中持久化有三种实现:RDB、AOF、混合持久化;而集群(运行)也包含了三种实现:主从复制、哨兵模式和 Redis Cluster。

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