Redis（六）—— 主从复制

1、简介

多台服务器连接方案

• 提供数据方：master
  • 主服务器，主节点，主库
  • 主客户端
• 接收数据的方：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）

2、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

3、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：建立连接

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

  
  主从连接（slave连接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 （常用）

  slaveof <masterip> <masterport>
  

  

主从断开连接

• 客户端发送命令

  slaveof no one
  

  • 说明： 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

• master客户端发送命令设置密码

  requirepass <password>
  

• master配置文件设置密码

  config set requirepass <password> 
  config get requirepass
  

• slave客户端发送命令设置密码

  auth <password>
  

• slave配置文件设置密码

  masterauth <password>
  

• slave启动服务器设置密码

  redis-server –a <password>
  

阶段二：数据同步阶段

• 全量复制

  • 将master执行bgsave之前，master中所有的数据同步到slave中

• 部分复制

  （增量复制）

  • 将master执行bgsave操作中，新加入的数据（复制缓冲区中的数据）传给slave，slave通过bgrewriteaof指令来恢复数据

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。

repl-backlog-size 1mb

1. 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

1. 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|no

1. 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
2. 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
3. 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

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

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

复制缓冲区

• 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

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

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 8
  

  • 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