Redis——主从复制简介、主从复制的工作流程、常见问题

一、主从复制简介 1、Redis集群实现高可用

单节点redis的风险与问题

问题1 : 机器故障

• 现象：硬盘故障、系统崩溃
• 本质：数据丢失，很可能对业务造成灾难性打击
• 结论：基本上会放弃使用redis.

问题2 : 容量瓶颈

• 现象：内存不足，从16G升级到64G，从64G升级到128G，无限升级内存
• 本质：穷，硬件条件跟不上
• 结论：放弃使用redis

结论：

• 为了避免单机Redis服务器故障，准备多台服务器，互相连通。将 数据复制多个副本保存在不同的服务器上，连接在一起，并保证数据是同步的。即使有其中一台服务器宕机，其他服务器依然可以继续提供服务，实现Redis的高可用，同时实现数据冗余备份。

2、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, 因为slave中和master数据是同步的
• 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

二、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（即准备阶段）, slave 去连接 master
• 数据同步阶段, master将数据同步到slave
• 命令传播阶段, 当向master中写操作后, 要将数据同步到slave

1、阶段一：建立连接阶段

• 建立slave到master的连接，使master能够识别slave，并保存slave端口号

• 连接的三种方式

• 配置两个服务器, 分别启动redis服务, 一个充当master, 一个充当slave

192.168.80.131的充当master 192.168.80.132充当slave 使用slaveof 192.168.80.131 6379让slave连接master的ip

• 此时132服务的slave节点就连接上了131的Master结点

• 此时通过131服务器info命令, 就可以看到该master节点中有132这个slave节点

注意 : 此时slave和master的数据就可以同步了, 当向master节点中写数据, 此时就会同步到slave中, 但是slave是不可以进行写操作的; 测试如下

• slave节点不可以进行写操作, 只能读取其master节点设置的数据

• slave节点, 执行slaveof no one命令, 此时slave不在同步它master节点的数据了. 但是之前的数据仍然存在 !

2、阶段二：数据同步阶段工作流程 (将master的数据同步到slave中)

• 在slave初次连接master后，复制master中的所有数据到slave
• 将slave的数据库状态 更新成 master当前的数据库状态

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。

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

   repl-backlog-size 1mb

数据同步阶段slave说明

3、阶段三：命令传播阶段(master接到指令传递给slave)

• 实时保持master和slave的数据同步
• 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

• 主从复制过程大体可以分为3个阶段
  • 建立连接阶段（即准备阶段）
  • 数据同步阶段
  • 命令传播阶段

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
  • 短时间网络中断
  • 长时间网络中断

• 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

1、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

2、复制积压缓冲区

• 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

2.1、复制缓冲区内部工作原理

• 组成

  • 偏移量
  • 字节值

• 工作原理

  • 通过offset区分不同的slave当前数据传播的差异
  • master记录已发送的信息对应的offset
  • slave记录已接收的信息对应的offset

  

3、主从服务器复制偏移量（offset）

• 概念：一个数字，描述复制缓冲区中的指令字节位置
• 分类：
  • master复制偏移量：记录发送给所有slave的指令字节对应的位置（多个）
  • slave复制偏移量：记录slave接收master发送过来的指令字节对应的位置（一个）
• 数据来源： master端：发送一次记录一次 slave端：接收一次记录一次
• 作用：同步信息，比对master与slave的差异，当slave断线后，恢复数据使用

数据同步+命令传播阶段工作流程

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

心跳阶段注意事项

• 当slave多数掉线，或延迟过高时，master为保障数据稳定性，将拒绝所有信息同步操作

 min-slaves-to-write 2 
 min-slaves-max-lag 8Copy

• slave数量少于2个，或者所有slave的延迟都大于等于10秒时，强制关闭master写功能，停止数据同步
• slave数量由slave发送 REPLCONF ACK 命令做确认
• slave延迟由slave发送 REPLCONF ACK 命令做确认

完整流程

常见问题

频繁的网络中断

数据不一致

操作同一个服务器开启不同端口的Redis服务

• 将我们安装的Redis包中的redis.conf拷贝出来到slave1, slave2目录中; 然后在该配置文件中修改redis-conf的端口, 和bind 为0.0.0.0

启动端口为6380的Redis服务; redis-server redis.conf即可启动6380端口的Redis服务

进入该端口的redis的客户端redis-cli -p 6380即可

关闭该服务, kill -9 进程号;