AOF持久化设计

RDB持久化会直接保存某一时刻的数据快照，而AOF持久化是直接记录Redis执行过的命令来记录数据库状态。

AOF持久化的实现

AOF持久化功能可以分为命令追加，文件写入，文件同步这三个步骤。

命令追加

如果AOF功能处于开启状态，当Redis执行了一个写命令后，会将执行的写命令追加到aof_buf缓冲区末尾。

// 这个redisServer保存了书中从前到后所展现过的所有结构
struct redisServer {
    // 一个数组，保存着服务器中所有的数据库
    redisDb *db;
    
    // 服务器数据库的数量
    int dbnum;
    
    // 记录了保存条件的数组 
    struct saveparam *saveparam;
    
    // 修改计数器
    long long dirty;
    
    // 上一次执行保存的时间
    time_t lastsave;
    
    // AOF缓冲区
    sds aof_buf;
};

文件写入

Redis服务器进程是一个事件循环，这个循环中文件事件负责接受客户端请求，以及发送回复命令，还有时间事件等，每个事件负责处理一部分内容。

在处理文件事件时可能会执行一些写命令，就会有一部分内容被追加到aof_buf缓冲区中，所以循环中每次结束事件，都会调用flushAppendOnlyFile函数，考虑是否将缓冲区中的内容追加到AOF文件当中。伪代码如下：

void loop() {
    while (true) {
        // 文件处理事件，有可能将新内容追加到aof_buf缓冲区
        processFileEvents();
        
        // 处理时间事件
        processTimeEvents();
        
        // 考虑是否将缓冲区内容保存到AOF文件
        flushAppendOnlyFile();
    }
}

flushAppendOnlyFile怎么执行由appendfsync来配置。具体如下：

always：将缓冲区所有内容写入并同步到AOF文件。

everysec：将缓冲区所有内容写入到AOF文件，如果上次上次同步时间距离这次超过1秒，那么再次对AOF文件进行同步。这个同步操作是由一个线程专门操作的。

no：将内容写入AOF，但不进行同步，什么时候同步由操作系统决定。

文件的写入与同步

现代的操作系统为了提升效率，在文件写入时会先把数据写入缓冲区，在缓冲区写满或者超出指定时间再去写入文件。这里的写入不进行同步指的是写入到操作系统设计的写入缓冲区，但是还没有真正的写入AOF文件，等到缓冲区写满就会被真正的写入AOF文件。

这三种策略的效率与安全性

always：因为每次都会写入并且同步，安全性最高，即使宕机也只会丢失一个时间循环中所修改的数据。但是同步过程牵扯到写磁盘操作，所以效率比较低。

everysec：每隔一秒会同步一次，效率可以接受，安全性只有可能丢失1s的数据。

no：效率最高，因为不进行同步，如果宕机则会丢上次同步到当前所修改的所有数据。

AOF重写

AOF重写用于缩小AOF文件，考虑一种场景，redis存了一个key为msg，值为hello world的键值对，然后对其做了数次修改，最终又回到了hello world，但是AOF文件却记录了很多条命令，这些命令其实是多余的。AOF重写就是为了去掉这些多余的命令。

重写的实现

AOF重写是用一个新的AOF文件来代替旧的AOF文件。生成新的AOF文件并不需要对旧的AOF文件进行读取，而是根据当前数据库数据生成的。比如list集合中有2个元素，然后经过多次操作最终有5个元素。其实可以直接根据这5条记录生成命令，然后写入新的AOF文件。

伪代码如下：

void aof_rewrite(new_file_name) {
    // 创建新的文件
    f = create_file(new_file_name);
    
    // 遍历数据库
    for db in redisServer.db {
        // 为空则跳过
        if (db.is_empty) {
            continue;
        }
        
        // 写入select 命令，用于加载时确定数据库
        f.write_command("select" + db.id);
        
        for key in db {
            // 如果过期则忽略
            if (key.is_expired()) {
                continue;
            }
            
            // 根据键类型进行重写
            if (key.type == String) {
                rewrite_string(key);
            } else if (key.type == List) {
                rewrite_list(key);
            } else if (key.type == Hash) {
                rewrite_hash(key);
            } else if (key.type == Set) {
                rewrite_set(key);
            } else if (key.type == SortedSet) {
                rewrite_sorted_set(key);
            } 
            
            // 如果键带有过期时间，则过期时间也要重写
			if (key.have_expire_time()) {
                rewrite_expire_time();
            }
        }
        
        // 写入完毕
        f.close();
    }
}

AOF后台重写

因为AOF重写期间会执行大量的写入文件操作，所以如果用主进程去进行重写，则会造成阻塞。所以Redis将AOF重写放入子进程中。这样有两个好处，一是父进程可以继续处理请求，二是子进程带有服务器进程数据副本，使用子进程而不是子线程，可以在避免使用锁的情况下保证数据安全。

有一点需要注意，在执行AOF重写时，主进程还会处理请求，意味着已经写入的数据可能已经被修改。为了处理这个问题，Redis设置了一个AOF重写缓冲区，在创建子进程开始后，主进程处理的命令会同时写入AOF缓冲区和AOF重写缓冲区。

在子进程重写完成后，会告知主进程，然后主进程会将AOF重写缓冲区的内容写入AOF缓冲区，这样就保证了数据一致。