Redis主从复制机制精讲-优快云博客

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Redis主从复制机制

1. 主从复制机制前言：

1.1单机问题：

1、机器故障：硬盘故障、系统崩溃数据丢失，很可能对业务造成灾难性打击
2、容量瓶颈: 内存服务器，很吃内存，硬件技术限制，容量不能无限扩展
为了避免单点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。

1.2所以就有了多台服务器连接方案：

一个master（写）多个slave（读）
在这里插入图片描述

当主机出现故障后，从机做主机使用（数据备份了）。

1.3主从复制的作用：

总结一下主从复制的作用

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

2. 主从复制的工作流程：

其实工作流程很简单，大致分为3个阶段：
 1.建立连接阶段（即准备阶段）
 2.数据同步阶段
 3.命令传播阶段
在这里插入图片描述

下面仔细介绍一下主从复制的三个阶段

2.1. 建立连接阶段（即准备阶段）

步骤1：设置master的地址和端口，保存master信息
步骤2：建立socket连接
步骤3：发送ping命令（定时器任务（周期性的））
步骤4：身份验证
步骤5：发送slave端口信息

最后能够通过socket进行信息交换
Slave端：保存了master的地址与端口
master端：保存了slave的端口

在这里插入图片描述

链接方式：

 方式一：客户端发送命令：

slaveof

在这里插入图片描述
这里6379作为master
从服务器slave6380端口默认不能写数据了。可以在主服务器6379写数据，从服务器读数据如：

写数据：
在这里插入图片描述
读数据：

在这里插入图片描述

 方式二：启动服务器参数
redis-server -slaveof
在这里插入图片描述
 方式三：服务器配置（主流方式，从配置文件自动加载）
slaveof
在从服务器配置文件里简单配置

这里有断开操作
客户端发送命令：slaveof no one

2.2数据同步阶段

主要是全量复制和部分复制（增量复制）

在这里插入图片描述

在进行数据同步时，Master和Slave端注意的事项

数据同步阶段master说明：

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
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 #设置大小

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：

关闭此期间的对外服务：slave-serve-stale-data yes|no
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
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

2.3命令传播阶段

数据一直实时同步：

 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
 其实就是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

这里面会出现断网现象：
1.短时间网络中断部分复制
2.长时间网络中断全量复制

这里提供2个概念：
服务器运行ID（runid）

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
例如：fdc9ff13b9bbaab28db42b3d50f852bb5e3fcdce（个随机的十六进制字符）

复制（积压）缓冲区

 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 
 
 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）
 
 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

复制缓冲区内部工作原理：

在这里插入图片描述
主从服务器复制偏移量（offset）

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

流程其实很简单，与数据同步流程对比------带入Runid校验和offset对比。

在这里插入图片描述

2.4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

注意事项

在这里插入图片描述
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3.主从复制常见问题

1. 频繁的全量复制

网络环境不佳，出现网络中断，slave不提供服务
原因：复制缓冲区过小，断网后slave的offset越界，触发全量复制
导致：slave反复进行全量复制
解决：修改复制缓冲区大小（在上面复制积压缓冲区设置操作）
大小：

测算从master到slave的重连平均时长second
获取master平均每秒产生写命令数据总量write_size_per_second
最优复制缓冲区空间 = 2 * second * write_size_per_second

2.频繁的网络中断

2.1 master的CPU占用过高或 slave频繁断开连接
原因：

slave每1秒发送REPLCONF ACK命令到master
2 .当slave接到了慢查询时（keys * ，hgetall等），会大量占用CPU性能
3 .master每1秒调用复制定时函数replicationCron()，比对slave发现长时间没有进行响应
导致：master各种资源（输出缓冲区、带宽、连接等）被严重占用
解决：通过设置合理的超时时间，确认是否释放slave
repl-timeout
该参数定义了超时时间的阈值（默认60秒），超过该值，释放slave

2.2 slave与master连接断开
原因：
master发送ping指令频度较低
master设定超时时间较短
ping指令在网络中存在丢包
解决
提高ping指令发送的频度
repl-ping-slave-period
超时时间repl-time的时间至少是ping指令频度的5到10倍，否则slave很容易判定超时