Redis读写分离

港控/mmm° 2023-03-04 12:23 11阅读 0赞

*  概述：
    
    1.  为什么要用redis读写分离：单机情况下redis能承受大约2万的QPS（具体数据因机器配置与业务场景而异），如果想要承接更高数值的QPS（10万以上），则需要用到读写分离的redis集群。
    2.  读写分离的原理：对于缓存而言，读的需求量是远大于写的需求量的，而读写分离的机制就是在主机上执行写操作，然后异步地将数据复制到从机上，而从机只负责读操作，假设一台从机具有2万QPS，当业务场景需要10万的QPS时，只需要横向扩展5台redis从机即可（可支持水平扩展的读高并发架构）：  
        ![format_png][]
    3.  如果采用了主从架构，那么建议必须开启master node的持久化！
    4.  redis replication的核心机制
        
        1.  redis采用异步方式复制数据到slave节点，不过redis 2.8开始，slave node会周期性地确认自己每次复制的数据量
        2.  一个master node是可以配置多个slave node的
        3.  slave node也可以连接其他的slave node
        4.  slave node做复制的时候，是不会block master node的正常工作的
        5.  slave node在做复制的时候，也不会block对自己的查询操作，它会用旧的数据集来提供服务; 但是复制完成的时候，需要删除旧数据集，加载新数据集，这个时候就会暂停对外服务了
        6.  slave node主要用来进行横向扩容，做读写分离，扩容的slave node可以提高读的吞吐量
    5.  主从架构的核心原理
        
        1.  当启动一个slave node的时候，它会发送一个PSYNC命令给master node。开始主从复制的时候，master会启动一个后台线程，开始生成一份RDB快照文件，同时还会将从客户端收到的所有写命令缓存在内存中。RDB文件生成完毕之后，master会将这个RDB发送给slave，slave会先写入本地磁盘，然后再从本地磁盘加载到内存中。然后master会将内存中缓存的写命令发送给slave，slave也会同步这些数据。slave node如果跟master node有网络故障，断开了连接，会自动重连。master如果发现有多个slave node都来重新连接，仅仅会启动一个rdb save操作，用一份数据服务所有slave node。
            
            1.  如果这是slave node重新连接master node，那么master node仅仅会复制给slave部分缺少的数据;
            2.  否则如果是slave node第一次连接master node，那么会触发一次full resynchronization。![format_png 1][]
    6.  主从复制的断点续传：从redis 2.8开始，就支持主从复制的断点续传，如果主从复制过程中，网络连接断掉了，那么可以接着上次复制的地方，继续复制下去，而不是从头开始复制一份
    7.  无磁盘化复制
        
        1.  master在内存中直接创建rdb，然后发送给slave，不会在自己本地落地磁盘了
        2.  相关配置：
            
            1.  repl-diskless-sync
            2.  repl-diskless-sync-delay，等待一定时长再开始复制，因为要等更多slave重新连接过来
    8.  过期key处理：slave不会过期key，只会等待master过期key。如果master过期了一个key，或者通过LRU淘汰了一个key，那么会模拟一条del命令发送给slave。
 *  redis replication的完整运行流程与原理
    
    1.  复制的完整流程
        
        1.  slave node启动，仅仅保存master node的信息，包括master node的host和ip（由slave node中的redis.conf里面的slaveof属性配置）
        2.  slave node内部有个定时任务，每秒检查是否有新的master node要连接和复制，如果发现，就跟master node建立socket网络连接
        3.  slave node发送ping命令给master node
        4.  口令认证，如果master设置了requirepass，那么salve node必须发送masterauth的口令过去进行认证
        5.  master node第一次执行全量复制，将所有数据发给slave node
        6.  master node后续持续将写命令，异步复制给slave node![format_png 2][]
    2.  数据同步相关的核心机制（指的就是第一次slave连接master的时候，执行的全量复制里面的一些细节的机制）
        
        1.  2个名词：  
            runid:主服务器ID offset:从服务器最后接收命令的偏移量
        2.  master和slave都会维护一个（各自的）offset：  
            master会在自身不断累加offset，slave也会在自身不断累加offset。slave每秒都会上报自己的offset给master，同时master也会保存每个slave的offset（不一定就用在全量复制的，主要是master和slave都要知道各自的数据的offset，才能知道互相之间的数据不一致的情况）
        3.  backlog（后面章节会详说）：  
            master node有一个backlog，默认是1MB大小，master node给slave node复制数据时，也会将数据在backlog中同步写一份。backlog主要是用来做全量复制中断候的增量复制的
        4.  psync：从节点使用psync从master node进行复制，psync runid offset，master node会根据自身的情况返回响应信息，可能是FULLRESYNC runid offset触发全量复制，可能是CONTINUE触发增量复制
            
                PSYNC <runid> <offset>
                复制代码
        5.  master的runid：  
            redis每次启动的时候都会有一个随机的id来保障redis的标识，重启后会重新生成，这就是redis的runid。如果master node重启(例如手动数据还原)，那么slave node在重连后进行数据同步时，使用`PSYNC <runid> <offset>`将之前保存的master node的runid发送到重启后的master node，由master node告知slave node是执行全量复制还是增量复制。如果需要不更改run id重启redis，可以使用redis-cli debug reload命令
    3.  全量复制
        
        1.  master执行bgsave，在本地生成一份rdb快照文件
        2.  master node将rdb快照文件发送给salve node，如果rdb复制时间超过60秒（redis-cli的repl-timeout配置项），那么slave node就会认为复制失败（可以适当调节大这个参数）
        3.  master node在生成rdb时，会将所有新的写命令缓存在内存中，在salve node保存了rdb之后，再将新的写命令复制给salve node
        4.  `lient-output-buffer-limit slave 256MB 64MB 60`:如果在复制期间，内存缓冲区持续消耗超过64MB，或者一次性超过256MB，那么停止复制，复制失败
        5.  slave node接收到rdb之后，清空自己的旧数据，然后重新加载rdb到自己的内存中，同时基于旧的数据版本对外提供服务
        6.  如果slave node开启了AOF，那么会立即执行BGREWRITEAOF，重写AOF
    4.  增量复制
        
        1.  如果全量复制过程中，master-slave网络连接断掉，那么salve重新连接master时，会触发增量复制
        2.  master直接从自己的backlog中获取部分丢失的数据，发送给slave node，默认backlog就是1MB
        3.  msater就是根据slave发送的psync中的offset来从backlog中获取数据的
    5.  heartbeat:主从节点互相都会发送heartbeat信息,master默认每隔10秒发送一次heartbeat，salve node每隔1秒发送一个heartbeat
    6.  异步复制:master每次接收到写命令之后，现在内部写入数据，然后异步发送给slave node
 *  部署redis的读写分离架构：
    
    1.  （完成redis的单机安装与部署）
    2.  修改redis.conf(6379.conf):
        
            bind 192.168.0.112
            # 据说是外国的猿们请愿master-slave的说法涉嫌种族歧视，
            # 于是redis5.0中众多涉及到slave的名词都改成了replica，开源不易
            slaveof 192.168.1.1 6379
            # redis 5.0 对应的配置项：replicaof 
            slave-read-only yes # 默认开启，会拒绝所有的写操作，强制搭建成读写分离的架构
            # redis 5.0对应的配置项： replica-read-only
            复制代码
    3.  修改主机的redis.conf(6379.conf):
        
            bind 192.168.0.111
            复制代码
    4.  主机效果：  
        ![format_png 3][]
    5.  从机效果：
        
        ![format_png 4][]

[format_png]: /images/20230208/c9b5adde4c224eef801f5da17af23a8a.png
[format_png 1]: /images/20230208/bf907ca086c34c56bf1164ebbf281980.png
[format_png 2]: /images/20230208/64987bfc1ec34ec8bb0b1b24a6e63de9.png
[format_png 3]: /images/20230208/e945423db2c348fc8abebf693214f374.png
[format_png 4]: /images/20230208/3dbb0d5f012641d397def4fcec711b5d.png