Redis主从复制

Redis 主从复制（Master-Slave Replication）是一种数据复制机制，允许将一个 Redis 实例（主节点）上的数据同步到另一个或多个 Redis 实例（从节点）上。主从复制可以帮助提高数据的可用性、实现数据备份、分担读操作压力，并增强系统的容错能力。

一、主要架构

通常包括一个主节点（Master）和一个或多个从节点（Slave）。

1.主节点（Master）

负责处理读写请求。当主节点的数据发生变化时，它会将这些变化同步到从节点。

2.从节点（Slave）

只负责处理读取请求。每当主节点的数据发生变化，从节点会接收并更新自己的数据副本。

二、工作原理

Redis 的主从复制是异步的，即主节点在接收到写请求后会立即返回响应，并将更新操作异步地传播到从节点。具体的工作原理如下：

1.主从节点建立连接

从节点向主节点发送 SYNC 请求，请求与主节点建立连接并同步数据。

主节点回应从节点并开始同步数据。

2.全量同步

主节点会生成一个数据库快照（RDB），然后将这个快照数据传输给从节点，从节点通过快照同步数据。这个过程称为全量同步。

全量同步后，从节点会拥有和主节点一样的数据库状态。

3.增量同步

一旦全量同步完成，主节点会开始将后续的写操作传输给从节点，从节点会依次执行这些操作，使自己与主节点的数据保持一致。这些操作称为增量同步。

增量同步是基于复制偏移量（Replication Offset）实现的，主节点会向从节点发送增量数据，从节点根据增量数据执行更新。

4.心跳机制

从节点会定期向主节点发送 PSYNC 请求，确认从节点是否与主节点保持同步。

如果从节点与主节点断开连接，主节点会重新进行全量同步或者增量同步，具体取决于断开时间和数据同步情况。

5.从节点的角色

从节点接收到主节点的更新后，会异步执行并将更新后的数据保存在自己的内存中，从而实现数据的复制。

从节点不直接接受客户端写操作，所有写操作都会由主节点处理。客户端只能从从节点进行读取操作。

三、配置步骤

主要通过配置文件或者命令来设置主从关系。

1.配置文件方式

（1）主节点（Master）

启动并保持主节点的运行状态，主节点IP端口信息：127.0.0.1 6379。

# 启动 Redis 服务 $ redis-server /etc/redis/redis.conf

（2）从节点（Slave）

通过从节点的配置文件（redis.conf）来指定主从关系。从节点需要配置为连接主节点。

在配置文件 redis.conf 中，使用 replicaof 指令来指定主节点的 IP 和端口。

bind 127.0.0.1 port 7000 # replicaof <master-ip> <master-port> replicaof 127.0.0.1 6379 replica-read-only yes

启动从节点实例，从节点会自动连接到主节点，并开始进行数据同步。

2.命令方式

通过命令动态地配置 Redis 实例进行主从复制。

首先依次启动主从节点，并保持运行状态。

在从节点中选择以下任一命令方式进行动态绑定：

（1）SLAVEOF

SLAVEOF <master-ip> <master-port> #SLAVEOF 127.0.0.1 6379

（2）--replicaof

redis-server --replicaof <master-ip> <master-port> #redis-server --replicaof 127.0.0.1 6379

3.验证

可以通过 Redis 客户端命令 INFO replication 来检查主从节点的状态。

（1）在主节点执行以下命令

$ redis-cli INFO replication

输出类似以下信息：

# Replication role:master connected_slaves:1 slave0:ip=127.0.0.1,port=7000,state=online,offset=204,lag=1

（2）在从节点执行以下命令

$ redis-cli INFO replication

输出类似以下信息：

# Replication role:slave master_host:127.0.0.1 master_port:6379 master_link_status:up master_last_io_seconds_ago:2 master_sync_in_progress:0

四、数据一致性问题

Redis 的主从复制是异步的，因此可能会出现主节点和从节点之间的数据不一致的情况。

1.具体问题

（1）数据丢失

如果主节点在将数据写入磁盘之前发生崩溃或重启，可能导致某些数据没有同步到从节点。因为主节点会在将数据写入内存后异步发送到从节点。

（2）延迟

从节点的同步是异步的，因此可能会有一定的延迟。在高负载的情况下，从节点可能会滞后主节点的一些操作。

2.解决方案

（1）repl-backlog-size

用于设置复制回溯缓冲区的大小。

这个缓冲区用于存储主节点最近的变更（写操作日志），当从节点与主节点断开连接一段时间后重新连接时，从节点可以通过回溯缓冲区来同步主节点的最新数据。

修改回溯缓冲区大小的方式：

a.修改从节点配置文件（推荐）

replicaof 127.0.0.1 6379      # 主节点 replica-read-only yes           # 只读 repl-backlog-size 1mb         # 回溯缓冲区的大小为1MB

b.命令动态修改

CONFIG SET repl-backlog-size 10485760

（2）min-slaves-to-write 和 min-slaves-max-lag

需要在主节点中进行配置。

这两个参数通常是一起使用的，用来增强 Redis 主从复制的容错能力和数据一致性。

min-slaves-to-write：

指定了从节点数量必须大于设定值：最小从节点数量，才能进行写操作。

可以保证在主节点写操作时，有足够的从节点来同步数据。

min-slaves-max-lag：

指定了从节点和主节点之间的最大延迟（以秒为单位），主节点仍然允许执行写操作。

如果从节点的同步延迟超过了这个最大延迟值，则主节点会暂停写操作。

配置示例：

至少有 2 个从节点能够同步，并且从节点的延迟不超过 5 秒。

min-slaves-to-write 2 min-slaves-max-lag 5

（3）replica-read-only

使用 replica-read-only 配置从节点为只读模式，防止误操作修改从节点数据。

（4）故障转移（Failover）

Redis 本身不提供自动故障转移机制。通常与 Sentinel 配合使用，Sentinel 是 Redis 提供的高可用方案，能够在主节点宕机时自动提升从节点为新的主节点，确保服务的可用性。

五、常见应用场景

1.提高读性能

在读密集型的应用场景中，可以通过将读请求分配到从节点，减轻主节点的压力，提升系统的性能和响应速度。

2.数据备份

从节点作为主节点数据的备份，一旦主节点发生故障，可以从从节点恢复数据，保证数据的高可用性。

3.灾难恢复

通过 Redis 主从复制架构，可以在主节点发生灾难性故障时，尽可能通过从节点进行恢复，减少系统停机时间。

六、总结

Redis 主从复制是实现高可用性和负载均衡的重要技术。它可以通过将主节点的数据同步到一个或多个从节点，保证数据的冗余，并且支持高并发的读操作。在配置时需要注意主从复制的延迟问题，尤其是在高负载环境下，考虑是否需要结合 Redis Sentinel 来实现高可用性。