Redis - 主从复制

文章目录

前言

1. 配置

建立复制

断开复制

传输延时

2. 主从拓扑结构

一主一从

一主多从

树状

三. 原理

数据同步 psync

replicationid/replid(复制id)

master_replid 和 master_replid2

offset (偏移量)

psync 运行流程

全量复制

部分复制

实时复制

总结

前言

在分布式系统中为了解决单点问题，通常会把数据复制多个副本部署到其他服务器，满足故障恢复和负载均衡等需求。Redis 也是如此，它为我们提供了复制的功能，实现了相同数据的多个 Redis 副本。复制功能是高可用 Redis 的基础，哨兵和集群都是在复制的基础上构建的。

1. 配置

建立复制

参与复制的 Redis 实例划分为主节点（master）和从节点（slave）。每个从结点只能有⼀个主节点，而一个主节点可以同时具有多个从结点。复制的数据流是单向的，只能由主节点到从节点。配置复制的方式有以下三种：

1. 在配置文件中加入 slaveof {masterHost} {masterPort} 随 Redis 启动生效。
2. 在 redis-server 启动命令时加入 --slaveof {masterHost} {masterPort} 生效。
3. 直接使用 redis 命令：slaveof {masterHost} {masterPort}生效

修改配置主要是修改从机的配置. 主机配置不变

第一步: 拷贝一份主节点配置文件给从节点, 并命名为 redis-slave.conf

第二步: 编辑配置文件,修改其 daemonize 为 yes。

第三步: 通过redis-server指定配置文件启动redis主节点和从节点通过参数slaveof 配置该从节点归属的主节点

第四步: 启动redis客户端,观察主从关系

从运行结果中看到复制已经工作了，针对主节点 6379 的任何修改都可以同步到从节点 6380 中，复制过程如图所示。

可以通过 info replication 命令查看复制相关状态。

主节点

role:master  #当前节点
connected_slaves:1 #从节点个数
slave0:ip=127.0.0.1,port=6380,state=online,offset=856,lag=0 #具体的一个从节点信息
master_replid:bdbc3e2ea45bb93bae7a5062892e3018b3e1d7dc #标识当前节点的id
master_replid2:0000000000000000000000000000000000000000
master_repl_offset:856
second_repl_offset:-1
repl_backlog_active:1
repl_backlog_size:1048576
repl_backlog_first_byte_offset:1
repl_backlog_histlen:856

从节点

role:slave
master_host:127.0.0.1
master_port:6379
master_link_status:up
master_last_io_seconds_ago:8
master_sync_in_progress:0
slave_repl_offset:898
slave_priority:100
slave_read_only:1
connected_slaves:0
master_replid:bdbc3e2ea45bb93bae7a5062892e3018b3e1d7dc
master_replid2:0000000000000000000000000000000000000000
master_repl_offset:898
second_repl_offset:-1
repl_backlog_active:1
repl_backlog_size:1048576
repl_backlog_first_byte_offset:1
repl_backlog_histlen:898

断开复制

slaveof 命令不但可以建立复制，还可以在从节点执行 slaveof no one 来断开与主节点复制关系。例如在 6380 节点上执行 slaveof no one 来断开复制。

断开复制主要流程：

1）断开与主节点复制关系。

2）从节点晋升为主节点。

从节点断开复制后并不会抛弃原有数据，只是无法再获取主节点上的数据变化。

传输延时

主从节点一般部署在不同机器上，复制时的网络延迟就成为需要考虑的问题，Redis 为我们提供了 repl-disable-tcp-nodelay 参数用于控制是否关闭 TCP_NODELAY，默认为 no，即开启 tcpnodelay 功能，说明如下：

当关闭时，主节点产生的命令数据无论大小都会及时地发送给从节点，这样主从之间延迟会变小，但增加了网络带宽的消耗。适用于主从之间的网络环境良好的场景，如同机房部署。
当开启时，主节点会合并较小的 TCP 数据包从而节省带宽。默认发送时间间隔取决于 Linux 的内核，一般默认为 40 毫秒。这种配置节省了带宽但增大主从之间的延迟。适用于主从网络环境复杂的场景，如跨机房部署

2. 主从拓扑结构

Redis 的复制拓扑结构可以支持单层或多层复制关系，根据拓扑复杂性可以分为以下三种：一主一从、一主多从、树状主从结构。

一主一从

一主一从结构是最简单的复制拓扑结构，用于主节点出现宕机时从节点提供故障转移支持。当应用写命令并发量较高且需要持久化时，可以只在从节点上开启 AOF，这样既可以保证数据安全性同时也避免了持久化对主节点的性能⼲扰。但需要注意的是，当主节点关闭持久化功能时，如果主节点宕机要避免自动重启操作。

一主多从

一主多从结构（星形结构）使得应用端可以利用多个从节点实现读写分离。对于读比重较大的场景，可以把读命令负载均衡到不同的从节点上来分担压力。同时一些耗时的读命令可以指定一台专门的从节点执行，避免破坏整体的稳定性。对于写并发量较高的场景，多个从节点会导致主节点写命令的多次发送从而加重主节点的负载

树状

树形主从结构（分层结构）使得从节点不但可以复制主节点数据，同时可以作为其他从节点的主节点继续向下层复制。通过引入复制中间层，可以有效降低住系统按负载和需要传送给从节点的数据量。数据写入节点 A 之后会同步给 B 和 C 节点，B 节点进一步把数据同步给 D 和 E 节点。当主节点需要挂载等多个从节点时为了避免对主节点的性能干扰，可以采用这种拓扑结构。

三. 原理

复制过程流程图

数据同步 psync

Redis 使用 psync 命令完成主从数据同步，同步过程分为：全量复制和部分复制。

全量复制：一般用于初次复制场景，Redis 早期支持的复制功能只有全量复制，它会把主节点全部数据一次性发送给从节点，当数据量较大时，会对主从节点和网络造成很大的开销。
部分复制：用于处理在主从复制中因网络闪断等原因造成的数据丢失场景，当从节点再次连上主节点后，如果条件允许，主节点会补发数据给从节点。因为补发的数据远小于全量数据，可以有效避免全量复制的过高开销。

PSYNC 的语法格式

PSYNC replicationid offset
# 如果 replicationid 设为 ? 并且 offset 设为 -1 此时就是在尝试进⾏全量复制.
# 如果 replicationid offset 设为了具体的数值, 则是尝试进⾏部分复制.

replicationid/replid(复制id)

主节点的复制 id. 主节点重新启动, 或者从节点晋级成主节点, 都会生成一个 replicationid. (同一个节点, 每次重启生成的 replicationid 也会变化). 从节点在和主节点建立连接之后, 就会获取到主节点的 replicationid.

master_replid 和 master_replid2

master_replid2保留上一个主节点的id(如果有的话),可以根据这个id找回上一个主节点

offset (偏移量)

参与复制的主从节点都会维护自身复制偏移量。主节点（master）在处理完写入命令后，会把命令的字节长度做累加记录，统计信息在 info replication 中的 master_repl_offset 指标中。

psync 运行流程

1）从节点发送 psync 命令给主节点，replid 和 offset 的默认值分别是 ? 和 -1.

2）主节点根据 psync 参数和自身数据情况决定响应结果：

如果回复 +FULLRESYNC replid offset，则从节点需要进行全量复制流程。
如果回复 +CONTINEU，从节点进行部分复制流程。
如果回复 -ERR，说明 Redis 主节点版本过低，不支持 psync 命令。从节点可以使 sync 命令进行全量复制。

全量复制

流程图

1）从节点发送 psync 命令给主节点进行数据同步，由于是第⼀次进行复制，从节点没有主节点的运行 ID 和复制偏移量，所以发送 psync ? -1。

2）主节点根据命令，解析出要进行全量复制，回复 +FULLRESYNC 响应。

3）从节点接收主节点的运行信息进行保存。

4）主节点执行 bgsave 进行 RDB 文件的持久化。

5）主节点发送 RDB 文件给从节点，从节点保存 RDB 数据到本地硬盘。

6）主节点将从生成 RDB 到接收完成期间执行的写命令，写入缓冲区中，等从节点保存完 RDB 文件后，主节点再将缓冲区内的数据补发给从节点，补发的数据仍然按照 rdb 的二进制格式追加写入到收到的 rdb 文件中. 保持主从一致性。

7）从节点清空自身原有旧数据。

8）从节点加载 RDB 文件得到与主节点一致的数据。

9）如果从节点加载 RDB 完成之后，并且开启了 AOF 持久化功能，它会进行 bgrewrite 操作，得到最近的 AOF 文件。

我们会发现全量复制是一件高成本的操作：主节点 bgsave 的时间， RDB 在网络传输的时间，从节点清空旧数据的时间，从节点加载 RDB 的时间等。所以一般应该尽可能避免对已经有大量数据集的 Redis 进行全量复制。

部分复制

部分复制主要是 Redis 针对全量复制的过高开销做出的⼀种优化措施，使用psync replicationId offset 命令实现。当从节点正在复制主节点时，如果出现网络闪断或者命令丢失等异常情况时，从节点会向主节点要求补发丢失的命令数据，如果主节点的复制积压缓冲区存在数据则直接发送给从节点，这样就可以保持主从节点复制的一致性。补发的这部分数据⼀般远远小于全量数据，所以开销很小。整体流程如图所示。