Redis主从复制详解

﹏ヽ暗。殇╰゛Y 2022-10-18 00:50 116阅读 0赞

# 主从复制 #

**快速入门Redis的文章，传送地址：[Redis基础知识][Redis]**

### 文章目录 ###

*  主从复制
 *   *  1. 概念和作用
     *   *  1.1 概念
         *  1.2 作用
     *  2. 流程
     *   *  2.1 阶段一：建立连接
         *  2.2 阶段二：数据同步
         *  2.3 阶段三：命令传播
     *  3. 心跳机制
     *   *  3.1 基本介绍
     *  4. 主从复制完整流程图

## 1. 概念和作用 ##

### 1.1 概念 ###

*  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，同时实现数据备份
 *  多台服务器连接方案
    
    ![image-20210517170827537][]
 *  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
 *  master和slave各自的职责不一样
    
     *  master：写数据、执行写操作时，将出现变化的数据自动同步到slave
     *  slave：读数据

### 1.2 作用 ###

(1) 读写分离：master写、slave读，提高服务器的读写负载能力

(2) 负载均衡：slave分担master负载，并根据需求的变化，可改变slave的数量，大大提高Redis服务器并发量与数据吞吐量

(3) 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

(4) 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

(5) 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

## 2. 流程 ##

主从复制过程大体可以分为三个阶段：

*  建立连接阶段（准备阶段），slave主动去连master
 *  数据同步阶段，第一次连接时将master的数据同步到slave中
 *  命令传播阶段（反复同步），master的数据变化要同步到slave

![image-20210517171133672][]

指令有四种发送方式：

![image-20210517171159265][]

### 2.1 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
 *  流程图如下所示
    
    ![image-20210517174912408][]
    
    **此时状态：slave保存master的地址与端口，master保存slave的端口，二者可以通信**
 *  slave连接master，有三种方式
    
     *  slave向master发送命令：`slaveof masterip masterport`
     *  启动slave服务器时进行连接：`redis-server redis.conf --slaveof masterip masterport`
     *  启动slave服务器时自动连接(主流)，slave的配置文件中添加：`slaveof masterip masterport`
 *  注：slave、master的客户端分别执行 `info` 指令，可以查看连接信息
 *  主从断开连接
    
     *  断开slave与master的连接，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
     *  slave客户端执行：`slaveof no one`

### 2.2 阶段二：数据同步 ###

*  在slave初次连接master后，master会自动的复制所有数据到slave；将slave的数据库状态更新成master当前的数据库状态
 *  整个过程分为两大块：全量复制和增量复制（部分复制）
 *  流程图如下所示
    
    ![image-20210517180749402][]
    
    **此时状态：slave拥有master端全部数据，master保存slave当前数据同步的位置 (之后会讲)；总体完成了数据克隆**
 *  数据同步阶段关于 master 的说明
    
     *  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
     *  复制缓冲区大小设定不合理会导致数据溢出，假如进行全量复制周期太长，缓冲区溢出，进行部分复制时发现缓冲区数据丢失，必须进行第二次全量复制，致使slave陷入死循环状态
        
         *  master配置文件中设置缓存区大小：`repl-backlog-size ?mb`
     *  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
 *  数据同步阶段关于 slave 的说明
    
     *  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配置文件中进行对外服务的开关：`slave-serve-stale-data yes|no`
     *  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，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（上一层给下一层的服务器传递数据），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

### 2.3 阶段三：命令传播 ###

*  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
 *  增量复制的三个核心要素
    
     *  服务器的运行id (run id)
        
        ① 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
        
        ② 例如：fdc9ff13b9bbaab28db42b3d50f852bb5e3fcdce
        
        ③ 作用：运行id被用于在服务器间进行传输时识别身份；如果想两次操作均对同一台服务器进行，每次操作必须携带相同的运行id，用于对方识别。一旦master的运行id发生变化，会导致所有slave进行全量复制操作
        
        ④ 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，可以查看节点的运行id
     *  主服务器的复制积压缓冲区
        
        注意：第一个slave连接时会创建复制缓冲区，之后的slave使用的是同一个复制缓冲区
        
        ① 概念：复制缓冲区，又名复制积压缓冲区，是一个先进先出的队列，用于存储服务器执行过的命令，每次传播命令，master都会将待传播的命令记录下来，并存储在复制缓冲区
        
        ② 特点：复制缓冲区默认数据存储空间大小是1M；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
        
        ③ 作用：用于保存master收到的所有指令（仅保存数据变更的指令，例如set，select）
        
        ④ 数据来源：当master接收到客户端的指令时，除了执行指令，还会将该指令存储到缓冲区中
     *  主从服务器的复制偏移量
        
        ① 概念：一个数字，描述复制缓冲区中的指令字节位置
        
        ② 分类：
        
         i. master复制偏移量：记录发送给所有slave的指令字节对应的位置
        
         ii. 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
        
        ③ 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
        
        ④ 数据来源：
        
         master端：发送一次记录一次
        
         slave端：接收一次记录一次
        
        ⑤ 工作原理：
        
         i. 通过offset（复制偏移量）区分不同的slave当前数据传播的差异
        
         ii. master记录已发送的信息对应的offset
        
         iii. slave记录已接收的信息对应的offset
        
        ![image-20210518234152741][]

## 3. 心跳机制 ##

### 3.1 基本介绍 ###

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，实现双方保持在线状态

*  master心跳
    
    i. 指令：`PING`
    
    ii. 周期：由配置文件中 `repl-ping-slave-period` 参数决定，默认10秒
    
    iii. 作用：判断slave是否在线
    
    iv. 查询：master使用`INFO replication` 指令可以列出从服务器列表，获取slave最后一次向master发送命令距离现在过了多少秒，`lag` 项为 0 或 1 视为正常
    
    ![image-20210519010055024][]
 *  slave心跳
    
    i. 指令：向master发送指令 `REPLCONF ACK {offset}`（offset是从服务器当前的复制偏移量）
    
    ii. 周期：1秒
    
    iii. 作用：①向master汇报自己的复制偏移量，获取最新的数据变更指令；②判断master是否在线

## 4. 主从复制完整流程图 ##

![image-20210519004450036][]

[Redis]: https://blog.csdn.net/weixin_49343190/article/details/113107376
[image-20210517170827537]: /images/20221014/78b7d40627d444e986611ec7d446c6ea.png
[image-20210517171133672]: /images/20221014/dce34d695957441e8f28ac76bb0b9c5d.png
[image-20210517171159265]: /images/20221014/0dcfde437a49400b8b5621b9bb7a417d.png
[image-20210517174912408]: /images/20221014/23f97542d3604022aa5f5179cc189f6b.png
[image-20210517180749402]: /images/20221014/be85a1f41eb941a689de3c40e67c7715.png
[image-20210518234152741]: /images/20221014/12f3c24982f84eb2817768ee511a5a59.png
[image-20210519010055024]: /images/20221014/0abffe94b90143e59179dd7794cbee63.png
[image-20210519004450036]: /images/20221014/942c45ebd1de4414818e08178f9a7462.png