主从复制
# 主从复制—高可用
# 问题 & 解决方案
# 单机 Redis 的风险与问题
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
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
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。
# 多台服务器连接方案
- master：提供数据方，主服务器，主节点，主库，主客户端
- slave：接收数据方，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
# 简介
主从复制即将 master 中的数据即时、有效的复制到 slave 中
一个 master 可以拥有多个 slave，一个 slave 只对应一个 master。一对多。
master 职责：
- 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 职责：
- 读数据
- 写数据（禁止）
# 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
# 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）：slave 连接 master
- 数据同步阶段：同步
- 命令传播阶段：反复同步
# 主从复制流程—建立连接
# 流程介绍
建立 slave 到 master 的连接，使 master 能够识别 slave，并保存 slave 的端口号
- 设置 master 的地址和端口，并保存 master 的各种信息
- 建立 socket 连接
- 发送 ping 命令(定时器任务)
- 身份验证（由于 Redis 一般不对外开放，所以可以不设置外网访问以及身份认证）
- master 保存 slave 的端口号
# 实践
可以使用如下配置，关掉日志，并前台运行，方便查看
daemonize no
#logfile "6379.log"
2
slave 连接 master（如下操作都是在 slave 客户端或服务器进行）：
方式 1：客户端发送命令
slaveof <masterip> <masterport>
方式 2：启动服务器参数
redis-server -slaveof <masterip> <masterport>
方式 3：服务器配置
slaveof <masterip> <masterport>
最后可以通过info指令查看信息
# slave
master_link_down_since_seconds
masterhost
masterport
2
3
4
5
# master
slave_listening_port(多个)
2
3
主动断开连接（客户端发送命令）：
slaveof no one
注意：slave 断开连接后，不会删除已有数据，只是不再接受 master 发送的数据
# 授权访问
服务端：
master 客户端发送命令设置密码
requirepass <password>1master 配置文件设置密码
config set requirepass <password> config get requirepass1
2
客户端：
slave 客户端发送命令设置密码
auth <password>1slave 启动服务器设置密码
redis-server –a <password>1slave 配置文件设置密码
masterauth <password>1
# 主从复制流程—数据同步
# 流程介绍
在 slave 初次连接 master 后，复制 master 中的所有数据到 slave。并将 slave 的数据库状态更新成 master 当前的数据库状态。
- 请求同步数据
- 创建 RDB 同步数据
- 恢复 RDB 同步数据
- 请求部分同步数据
- 恢复部分同步数据。至此，数据同步工作完成!
此时状态：
- 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
# 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。如新增 slave 节点
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 1mb1master 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-serve-stale-data yes|no1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 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
# 主从复制流程—命令传播阶段
# 简介
- 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。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
介绍：
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。对应 slave 有多少则该缓冲区有多少个！
复制缓冲区默认数据存储空间大小是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
# 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 🔥
# 简介
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
- 指令：
# 注意
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 101
2slave 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（写没意义）
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
# 主从复制工作流程（完整）🔥
建立连接+数据同步见上面的
注意，① 发送的命令在数据同步和命令传播阶段不同
# 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slave的全量复制操作
内部优化调整方案：
master内部创建
master_replid变量，使用runid相同的策略生成，长度41位，并发送给所有slave在master关闭时执行命令 shutdown save，进行RDB持久化，将runid与offset保存到RDB文件中
- repl-id repl-offset
- 通过redis-check-rdb dump.rdb命令可以查看该信息
master重启后加载RDB文件，恢复数据。重启后，将RDB文件中保存的repl-id与repl-offset加载到内存中
- master_repl_id = repl master_repl_offset = repl-offset
- 通过info命令可以查看该信息
作用：本机保存上次runid，重启后恢复该值，使所有slave认为还是之前的master
# 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-size1建议设置如下
- 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
# 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接到了慢查询时(keys * ，hgetall等)，会大量占用CPU性能
- master每1秒调用复制定时函数replicationCron()，比对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、带宽、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-timeout1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-period1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
# 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，通常放置在同一个机房部署，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-serve-stale-data yes|no1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)