Redis进阶：事务+持久化+优化

简介

Redis是一个开源(BSD许可)的内存数据结构存储，用作数据库、缓存和消息代理。它支持诸如字符串、散列、列表、集、带范围查询的排序集、位图、hyperloglog、带半径查询和流的地理空间索引等数据结构。

Redis具有内置的复制、Lua脚本、LRU清除、事务和不同级别的磁盘持久性，并通过Redis Sentinel和Redis集群的自动分区提供高可用性。

事务

为了保证多条命令组合的原子性，Redis提供了简单的事务功能以及集成Lua脚本来解决这个问题。简单介绍Redis中事务的使用方法以及它的局限性。

Redis提供了简单的事务功能，将一组需要一起执行的命令放到multi和exec两个命令之间。

• multi命令代表事务开始。
• exec命令代表事务结束。
• 它们之间的命令是原子顺序执行的。
• 它不支持事务中的回滚特性。

发布订阅

Redis提供了基于“发布/订阅”模式的消息机制，此种模式下，消息发布者和订阅者不进行直接通信，发布者客户端向指定的频道（channel）发布消息，订阅该频道的每个客户端都可以收到该消息。

发布消息

publish channel:sports "Tim won the championship

订阅消息

subscribe channel:sports

有关订阅命令有两点需要注意：

• 客户端在执行订阅命令之后进入了订阅状态，只能接收subscribe、

psubscribe、unsubscribe、punsubscribe的四个命令。

• 新开启的订阅客户端，无法收到该频道之前的消息，因为Redis不会对发布的消息进行持久化。

Redis发布订阅与成熟MQ的比较

1. MQ支持多种消息协议，包括AMQP，MQTT，Stomp等，并且支持JMS规范，但Redis没有提供对这些协议的支持；
2. MQ提供持久化功能，但Redis无法对消息持久化存储，一旦消息被发送，如果没有订阅者接收，那么消息就会丢失；
3. MQ提供了消息传输保障，当客户端连接超时或事务回滚等情况发生时，消息会被重新发送给客户端，Redis没有提供消息传输保障。

总之，MQ所提供的功能远比Redis发布订阅要复杂，毕竟Redis不是专门做发布订阅的，但是如果系统中已经有了Redis，并且需要基本的发布订阅功能，就没有必要再安装MQ了，因为可能MQ提供的功能大部分都用不到，而且你可以容忍redis发布订阅的缺点的话，可以考虑用它。

持久化

Redis支持RDB和AOF两种持久化机制，持久化功能有效地避免因进程退出造成的数据丢失问题，当下次重启时利用之前持久化的文件即可实现数据恢复。

RDB持久化

RDB持久化是把当前进程数据生成快照保存到硬盘的过程，触发RDB持久化过程分为手动触发和自动触发。

RDB的优缺点

优点：

1. RDB是一个紧凑压缩的二进制文件，代表Redis在某个时间点上的数据快照。非常适用于备份，全量复制等场景。比如每6小时执行bgsave备份，并把RDB文件拷贝到远程机器或者文件系统中（如hdfs），用于灾难恢复。
2. Redis加载RDB恢复数据远远快于AOF的方式。

缺点：

1. RDB方式数据没办法做到实时持久化/秒级持久化。因为bgsave每次运行都要执行fork操作创建子进程，属于重量级操作，频繁执行成本过高。
2. RDB文件使用特定二进制格式保存，Redis版本演进过程中有多个格式的RDB版本，存在老版本Redis服务无法兼容新版RDB格式的问题。

针对RDB不适合实时持久化的问题，Redis提供了AOF持久化方式来解决。

AOF持久化

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。

开启AOF，通过修改redis.conf配置文件

appendonly yes ##默认不开启。

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

AOF的工作流程如下图：

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。

温馨提示

**场景：**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。

解决方法：

1. 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。
2. 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

持久化的优化

Redis持久化功能一直是影响Redis性能的高发地。主要有以下方面

1. fork操作

起因：对于高流量的Redis实例OPS可达5万以上，如果fork操作耗时在秒级别将拖慢Redis几万条命令执行，对线上应用延迟影响非常明显。正常情况下fork耗时应该是每GB消耗20毫秒左右。可以在info stats统计中查latest_fork_usec指标获取最近一次fork操作耗时，单位微秒。

优化：

1. 优先使用物理机或者高效支持fork操作的虚拟化技术，避免使用Xen。
2. 控制Redis实例最大可用内存，fork耗时跟内存量成正比，线上建议每个Redis实例内存控制在10GB以内。
3. 合理配置Linux内存分配策略，避免物理内存不足导致fork失败。
4. 降低fork操作的频率，如适度放宽AOF自动触发时机，避免不必要的全量复制等。

CPU

• CPU开销分析。子进程负责把进程内的数据分批写入文件，这个过程属于CPU密集操作，通常子进程对单核CPU利用率接近90%。
• CPU消耗优化。Redis是CPU密集型服务，不要做绑定单核CPU操作。由于子进程非常消耗CPU，会和父进程产生单核资源竞争。
• 不要和其他CPU密集型服务部署在一起，造成CPU过度竞争。如果部署多个Redis实例，尽量保证同一时刻只有一个子进程执行重写工作。

内存

内存消耗优化：

1. 同CPU优化一样，如果部署多个Redis实例，尽量保证同一时刻只有一个子进程在工作。
2. 避免在大量写入时做子进程重写操作，这样将导致父进程维护大量页副本，造成内存消耗。

硬盘

优化方法如下：

• 不要和其他高硬盘负载的服务部署在一起。如：存储服务、消息队列服务等。
• AOF重写时会消耗大量硬盘IO，可以开启配置no-appendfsync-on-rewrite，默认关闭。表示在AOF重写期间不做fsync操作。
• 当开启AOF功能的Redis用于高流量写入场景时，如果使用普通机械磁盘，写入吞吐一般在100MB/s左右，这时Redis实例的瓶颈主要在AOF同步硬盘上。
• 对于单机配置多个Redis实例的情况，可以配置不同实例分盘存储AOF文件，分摊硬盘写入压力。

注：配置no-appendfsync-on-rewrite=yes时，在极端情况下可能丢失整个AOF重写期间的数据，需要根据数据安全性决定是否配置。

AOF追加阻塞

当开启AOF持久化时，常用的同步硬盘的策略是everysec，用于平衡性能和数据安全性。对于这种方式，Redis使用另一条线程每秒执行fsync同步硬盘。当系统硬盘资源繁忙时，会造成Redis主线程阻塞，

阻塞流程分析：

1. 主线程负责写入AOF缓冲区。
2. AOF线程负责每秒执行一次同步磁盘操作，并记录最近一次同步时间。
3. 主线程负责对比上次AOF同步时间：如果距上次同步成功时间在2秒内，主线程直接返回。如果距上次同步成功时间超过2秒，主线程将会阻塞，直到同步操作完成。

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