Redis进阶 - 主从复制

• 简介
• 主从复制工作流程
  • 建立连接阶段
  • 数据同步阶段
  • 命令传播阶段
• 心跳机制​​
• 主从复制工作流程

简介

互联网服务一般需要“三高”架构，即高并发、高性能、高可用。Redis能否提供高可用的服务？

单机redis所面临的风险与问题：

1. 机器故障  （例如硬盘故障，系统崩溃）
2. 容量瓶颈 （内存不足）

具体实现方案：

• 提供数据方：master
• 接收数据方：slave
• 需要解决问题：两者之间的数据同步
• 核心工作：master的数据复制到slave中

主从复制概念**：将master中的数据即时、有效的复制到slave中。**

特征：一个master可以拥有多个slave，一个slave只对应一个master。

主从复制的作用：

• 读写分离： master写、 slave读，提高服务器的读写负载能力
• 负载均衡： 基于主从结构，配合读写分离，由slave分担master负载，并根据需求的变化，改变slave的数量，通过多个从节点分担数据读取负载，大大提高Redis服务器并发量与数据吞吐量
• 故障恢复：当master出现问题时，由slave提供服务，实现快速的故障恢复
• 数据冗余：实现数据热备份，是持久化之外的一种数据冗余方式
• 高可用基石： 基于主从复制，构建哨兵模式与集群，实现Redis的高可用方案。

主从复制工作流程

主从复制过程大体可以分为3个阶段：

• 建立连接阶段
• 数据同步阶段
• 命令传播阶段

建立连接阶段

主从连接的三种方式：

方式一：客户端发送命令
slaveof <masterip> <masterport>

方式二：启动服务器参数
redis-server -slaveof <masterip> <masterport>

方式三：服务器配置，即在redis*.conf文件中配置
slaveof <masterip> <masterport>

主从断开连接：

客户端发送命令
slaveof no one

数据同步阶段

数据同步阶段master说明：

1. 如果master数据量巨大，数据同步阶段应避开流量高峰期，避免造成master阻塞，影响业务正常执行
2. 复制缓冲区大小设定不合理，会导致数据溢出。如进行全量复制周期太长，进行部分复制时发现数据已 经存在丢失的情况，必须进行第二次全量复制，致使slave陷入死循环状态。
   • repl-backlog-size 1mb
3. master单机内存占用主机内存的比例不应过大，建议使用50%-70%的内存，留下30%-50%的内存用于执 行bgsave命令和创建复制缓冲区。

数据同步阶段slave说明：

1. 为避免slave进行全量复制、部分复制时服务器响应阻塞或数据不同步，建议关闭此期间的对外服务。
   • slave-serve-stale-data yes|no
2. 数据同步阶段， master发送给slave信息可以理解master是slave的一个客户端，主动向slave发送 命令。
3. 多个slave同时对master请求数据同步， master发送的RDB文件增多， 会对带宽造成巨大冲击， 如果 master带宽不足， 因此数据同步需要根据业务需求， 适量错峰。
4. slave过多时， 建议调整拓扑结构，由一主多从结构变为树状结构， 中间的节点既是master，也是 slave。注意使用树状结构时，由于层级深度，导致深度越高的slave与最顶层master间数据同步延迟 较大， 数据一致性变差， 应谨慎选择。

命令传播阶段

当master数据库状态被修改后，导致主从服务器数据库状态不一致，此时需要让主从数据同步到一致的 状态，同步的动作称为命令传播。

master将接收到的数据变更命令发送给slave， slave接收命令后执行命令。

命令传播阶段的部分复制

命令传播阶段出现了断网现象:

• 网络闪断闪连       忽略
• 短时间网络中断   部分复制
• 长时间网络中断   全量复制

部分复制的三个核心要素:

• 服务器的运行 id（ run id）
• 主服务器的复制积压缓冲区
• 主从服务器的复制偏移量

服务器运行ID（ runid）：

概念：服务器运行ID是每一台服务器每次运行的身份识别码，一台服务器多次运行可以生成多个运行id

组成：运行id由40位字符组成，是一个随机的十六进制字符
例如： fdc9ff13b9bbaab28db42b3d50f852bb5e3fcdce

作用：运行id被用于在服务器间进行传输，识别身份
如果想两次操作均对同一台服务器进行，必须每次操作携带对应的运行id，用于对方识别

实现方式： 运行id在每台服务器启动时自动生成的， master在首次连接slave时，会将自己的运行ID发送给slave， slave保存此ID，通过info Server命令，可以查看节点的runid

复制缓冲区：

概念：复制缓冲区，又名复制积压缓冲区，是一个先进先出（ FIFO）的队列， 用于存储服务器执行过的命
令， 每次传播命令， master都会将传播的命令记录下来， 并存储在复制缓冲区。

由来：每台服务器启动时，如果开启有AOF或被连接成为master节点， 即创建复制缓冲区
作用：用于保存master收到的所有指令（仅影响数据变更的指令，例如set， select）
数据来源：当master接收到主客户端的指令时，除了将指令执行，会将该指令存储到缓冲区中

心跳机制​​

进入命令传播阶段候， master与slave间需要进行信息交换，使用心跳机制进行维护，实现双方连接保持在线。

master心跳：
指令： PING
周期：由repl-ping-slave-period决定，默认10秒
作用：判断slave是否在线
查询： INFO replication 获取slave最后一次连接时间间隔， lag项维持在0或1视为正常

slave心跳任务
指令： REPLCONF ACK {offset}
周期： 1秒
作用1：汇报slave自己的复制偏移量，获取最新的数据变更指令
作用2：判断master是否在线

主从复制工作流程