【Redis】15.Redis主从复制

主从复制简介

互联网“三高”架构

你的"Redis"是否高可用

单机redise风险与问题

问题1 机器故障
现象：硬件故障、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，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，并保证数据是否同步的，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。

多台服务器连接方案

提供多数据方：master
主服务器，主节点，主库
主客户端
接受数据方：slave
从服务器，从节点，从库
从客户端
需要解决的问题
数据同步
核心工作
master的数据复制到slave中

主从复制

主从复制即将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
职责：

master:
写数据
执行写操作时，将出现变化的数据自动同步到slave
读数据（可忽略）
slave:
读数据
写数据（禁止）

高可用集群

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，时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

总述

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

阶段一：建立链接
建立slave到master的链接，使master能够识别slave，并保存slave端口号

设置master的地址和端口，保存master信息
建立socket链接
发送ping命令（定时器任务）
身份验证
发送slave端口信息
至此，主从链接成功！
状态：
slave：保存master的地址和端口
master：保存slave的端口
总体：之间创建了链接的socket

主从链接(slave链接master)

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(主流方式：通过配置文件配置)

slaveof < masterip>< masterport>

slave信息系统
master_link_down_since_second
masterhost
masterport
master信息系统
slave_listening_port(多个)

主从断开链接

客户端发送命令

slaveof no one

授权访问

阶段二、数据同步阶段工作流程

在slave初次链接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当前数据库状态

步骤1：请求同步
步骤2：创建RDB同步数据
步骤3：恢复RDB同步数据
步骤4：请求部分同步数据
步骤5：恢复部分同步数据
至此，数据同步工作完成

状态：
slave：具有master端全部数据，包含RDB过程接收的数据
master：保存slave当前数据同步的位置
总体：之间完成了数据克隆

数据同步阶段master说明

如果master数据量巨大，数据同步阶段应该避免流量高峰期，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，进行部分赋值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,修改master缓冲区大小操作如下

repl-backlog-size 1mb(默认1mb)

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

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-server-stale-data yes|no

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
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宽带不足，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，中间接待你既是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

阶段三：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，同步的动作成为命令传播
master将接受到的数据变更命令发送给slave，slave接受命令后执行命令。

命令传播阶段的部分复制

命令传播阶段出现了断网的现象
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

复制缓冲区

概念：复制缓冲区，又名复制积压缓冲区，时一个先进先出（FIFO）的队列，用于存储服务器执行过的命令，每次传播命令，master会将传播的命令记录下来，并存储在复制缓冲区
复制缓冲区默认存储空间大小是1M，由于存储空间大小是固定的，当入队元素的数量大于队列长度时，最先入队的元素会被弹出，而新元素会被放入队列
由来：每台服务器启动时，如果开启有AOF或被链接成为master节点，即创建复制缓冲区。
作用：用来保存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。
master端：发送一次记录一次
slaver端：接受一次记录一次
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

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接受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，对比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

进入命令传播阶段后，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最后一次链接时间间隔,lag项维持在0或1视为正常
slave心跳指令
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-slave-to-write 2
min-slave-max-lag 8

slave数量少于2个或者多有slave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queen

主从复制完整工作流程

主从复制常见问题

频繁的全量复制（1）
伴随着系统的运行,master的数据量会越来越大，一旦master重启，runid将发生变化，会导致全部salve的全量复制操作

频繁的全量复制（2）

问题现象
网络环境不佳，出现网络中断，slave不提供服务
问题原因
复制缓冲区过小，断网后slave的offset越界，触发全量复制
最终结果
slave反复进行全量复制
解决方案
修改复制缓冲区大小

repl-backlog-size

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

频繁的网络中断（1）

问题现象
master的CPU占用过高或slave频繁断开连接
问题原因
slave每1秒发送REPLCONF ACK命令到master
当slave连接了慢查询时（keys * , hgetall等），会大量占用CPU性能
master每1秒调用复制定时函数replicationCron（）轮寻时，对比slave发现长时间没有进行响应
最终结果
master各种资源（输出缓冲区、宽带、连接等）被严重占用
解决方案
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
频繁的网络中断（2）

问题现象
slave与master连接断开
问题原因
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
解决方案
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5-10倍，否则slave很容易判定超时

数据不一致

问题现象
多个slave获取相同数据不同步
问题原因
网络信息不同步，数据发送有延迟
解决方案
优化主从间的网络环境，通常防止在同一个机房部署，如使用阿里云等云服务器时要注意此现象
监控主从节点延迟（通过offset）判断，如果slave延迟过大，暂时屏蔽程序对该slave的数据访问

slave-server-stale-data yes|no

开启后仅响应info、slaveof等少数命令（慎用，除非对数据一致性要求很高）