Redis主从复制

水深无声 2024-04-21 08:04 18阅读 0赞

> #### ✨ Redis主从复制 ####
> 
>  *  主从复制基本介绍
>  *   *  主从复制认识
>      *  主从复制作用
>  *  主从复制工作流程
>  *   *  建立连接阶段
>      *   *  基本介绍
>          *  相关命令
>          *  搭建主从结构
>      *  数据同步阶段
>      *   *  同步过程
>          *  注意事项
>      *  命令传播阶段
>      *   *  基本介绍
>          *  命令传播阶段的部分复制
>      *  服务器运行id(runid)
>      *  复制缓冲区
>      *  主从服务器复制偏移量（offset）
>      *  数据同步+命令传播阶段工作流程
>      *  心跳机制
>      *  主从复制完整工作流程
> 
>   
> **?个人主页:[不断前进的皮卡丘][Link 1]**  
> **?博客描述:梦想也许遥不可及，但重要的是追梦的过程，用博客记录自己的成长，记录自己一步一步向上攀登的印记**  
> **?个人专栏:[微服务专栏][Link 2]**  
> ?️ **观看黑马所写笔记，有一些应用场景的笔记没有写出来，因为博主初学，并没有应用到具体业务中**

## 主从复制基本介绍 ##

### 主从复制认识 ###

> **在学习主从复制之前，我们先来了解一下什么是互联网的三高架构——高并发，高性能，高可用  
> 1️⃣高并发:通常指的是系统能够同时并行处理很多请求。  
> 2️⃣高性能:指程序处理速度非常快，所占内存少，cpu占用率低。高性能的指标经常和高并发的指标紧密相关，想要提高性能，那么就要提高系统发并发能力  
> 3️⃣高可用:通常来描述一个系统经过专门的设计，从而减少停工时间，而保持其服务的高度可用性。高可用注意如果使用单机，一旦挂机将导致服务不可用，可以使用集群来代替单机，一台服务器挂了，还有其他后备服务器能够顶上。**  
> ?️那么，我们正在学习的redis是否高可用呢？  
> **?单机redis是存在一些问题的，单机模式指的是缓存服务中只有一台redis，对我们的应用提供读写服务，这里因为只有一台redis所以它的缺点也是十分的明显，如果redis宕机的话，我们的redis也就没有办法提供服务了。单台redis的吞吐量也是比较低的。  
> ?为了避免单点redis服务器故障，我们可以准备多台服务器，互相连通，把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。**  
> ![在这里插入图片描述][2e541afb410a474b9e5bf7325be5cbef.png]  
> ![在这里插入图片描述][80aad2492cb54e2a9d946dfcc26d41ee.png]

### 主从复制作用 ###

*  **读写分离：master写、slave读，提高服务器的读写负载能力**
 *  **负载均衡(负载分担)：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**
    
     *  **热备份:指的是应用还在运行，对数据进行备份。优点是备份时不影响应用的运行，并且当应用出问题的时候，能够快速切换到灾备一体机，保障业务的连续。**
     *  **冷备份:指的是应用等处于非运行状态，对数据进行备份。优点就是不用担心联网状态下被勒索病毒等加密，可以保证数据的绝对安全。**
     *  **冷备份是对数据库进行脱机备份，在备份过程中用户无法访问数据库，但冷备份速度更快更安全。热备份也称为动态备份或在线备份，这种技术可以在系统正常运行时进行备份，并且可以备份正在使用或编辑的数据库。**
 *  **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**

## 主从复制工作流程 ##

> 1️⃣建立连接(slave连接master，因为一个master对应多个slave)  
> 2️⃣数据同步  
> 3️⃣命令传播

### 建立连接阶段 ###

#### 基本介绍 ####

> **建立slave到master的连接，使master能够识别slave，并保存slave端口号**  
> ![在这里插入图片描述][5ffaec0ff94f41ec884bb9e5389f08f4.png]

#### 相关命令 ####

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>主从连接相关命令</th> 
   <th>功能</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>slaveof </td> 
   <td>客户端发送命令，slave连接master</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>redis-server -slaveof </td> 
   <td>启动服务器参数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>slaveof </td> 
   <td>通过在服务器配置，可以在启动的时候，让slave连接master</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>slaveof no one</td> 
   <td>主从断开连接，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</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>授权访问相关命令</th> 
   <th>功能</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>requirepass &lt;password&gt;</td> 
   <td>master客户端发送命令设置密码</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>config set requirepass &lt;password&gt;</td> 
   <td>配置文件设置密码</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>config get requirepass</td> 
   <td>获取密码</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>auth &lt;password&gt;</td> 
   <td>slave客户端发送命令设置密码</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### 搭建主从结构 ####

> 我们这边因为要进行模拟，所以redis服务需要占用不同的端口，我们可以先把配置文件拷贝一份，然后对拷贝文件进行相关数据修改，就可以指定端口访问了。  
> 把配置文件拷贝一份为redis-6379.conf，然后修改端口号为6379![在这里插入图片描述][13654c441a3d46c0acde435bcb631662.png]  
> ![在这里插入图片描述][0c7cb2e4dc5447b0a1d8b91576a54a25.png]  
> ![在这里插入图片描述][f8ade5eb5f5c4cad93bc3122bbc3757a.png]  
> 我们如果想要在前台看到日志信息的话，就得把logfile给注释掉  
> 配置文件拷贝另外一份为redis-6380.conf,把端口号改为6380，操作步骤和刚刚类似  
> 接着，我们启动6379端口的redis服务  
> ![在这里插入图片描述][10ced914ff514e0cbccf498477426f20.png]  
> 然后启动6380端口的redis服务  
> ![在这里插入图片描述][d3949c1b99bf4026941c588a39340a94.png]  
> ![在这里插入图片描述][2d5a0b6d60c049a18f603d3399bcb59a.png]  
> 然后我们可以在6379和6380的redis服务中发现多了一些日志信息  
> ![在这里插入图片描述][0c7b2434403d408cba5922593fc45959.png]  
> ![在这里插入图片描述][bfffde77eed9448daed9cfecd3185851.png]  
> master中存一些数据，然后看看在slave中能不能获取到数据  
> ![在这里插入图片描述][1b71e90b537043438b996c9169f689a2.png]  
> ![在这里插入图片描述][2c46496e97364539bd177ceb201d6f8d.png]  
> 输入info可以查看主从复制的相关信息  
> ![在这里插入图片描述][b5591ae4d02846d7b0e3107790106175.png]  
> ![在这里插入图片描述][d785b90dbb3046b0a1fec3528041e0e0.png]  
> 在slave中输入 slaveof no one可以断开slave和master的连接

### 数据同步阶段 ###

#### 同步过程 ####

> **数据同步阶段主要做了这么两件事情:  
> 1️⃣在slave第一次连接master以后，复制master中的所有数据到slave  
> 2️⃣把slave的数据库状态更新成为master当前的数据库状态**  
> ![在这里插入图片描述][323246809dd04df28f69b14af5d16d9c.png]  
> ?**slave:拥有master的全部数据，包含RDB过程接收的数据  
> ?master:保存slave当前数据同步的位置**  
> ?**因为在执行bgsave指令的时候，当时的快照是不包含缓冲区的指令的，所以需要同步这一部分的数据，也就是部分复制。master把缓冲区的那些指令发送给slave，slave恢复这部分数据，因为传输的是AOF指令，所以需要通过bgwriteof加速重写**  
> ?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，主节点会补发丢失数据给从节点。因为补发的数据远远小于全量数据，可以有效避免全量复制的过高开销

#### 注意事项 ####

> 1️⃣**如果master的数据量巨大的话，数据同步阶段要避免流量高峰期，防止导致master阻塞，影响业务正常执行  
> 2️⃣如果复制缓冲区大小设定不合理，会导致数据移除，比如进行全量复制的周期太长的话，进行部分复制的时候发现数据存在丢失的情况，这样就必须进行二次全量复制，导致slave陷入死循环**  
> ![在这里插入图片描述][585be35fecd943ad813e0a2953360fc2.png]  
> 3️⃣ **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**  
> 4️⃣**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  
> 5️⃣**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  
> 6️⃣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  
> 7️⃣ 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**

### 命令传播阶段 ###

#### 基本介绍 ####

> ?**当master数据库状态被修改以后，就会导致主从服务器数据库状态不一致，此时，我们就需要让主从数据同步到一致的状态，**同步的命动作称为命令传播  
> ?**当master把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  
> 1️⃣ **网络闪断闪连 忽略  
> 2️⃣ 短时间网络中断 部分复制  
> 3️⃣ 长时间网络中断 全量复制**  
> 部分复制的三个核心要素  
> 1️⃣ **服务器的运行 id（run id）  
> 2️⃣ 主服务器的复制积压缓冲区  
> 3️⃣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 ###

> **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**  
> ![在这里插入图片描述][8419738a9c764c34b198934ed996d03a.png]  
> ![在这里插入图片描述][93a813b1e1e542d68fcfc474e675db56.png]

*  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
 *  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:用来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:发送一次记录一次
     *  slave:接收一次记录一次
 *  作用:同步信息，比对master和slave的差异，当slave断线以后用来恢复数据

### 数据同步+命令传播阶段工作流程 ###

![在这里插入图片描述][7dd980aee4e14d9a876a2bb1206a98ca.png]

### 心跳机制 ###

> 在命令传播阶段，master和slave需要进行数据交换，使用心跳机制可以实现二者连接保持在线

*  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

> ![在这里插入图片描述][c108a1f8182c438ca835d1cf52a26b47.png]

### 主从复制完整工作流程 ###

![在这里插入图片描述][bfd89bb44bcd4666bf931247a681c14f.png]

[Link 1]: https://blog.csdn.net/qq_52797170?spm=1010.2135.3001.5343
[Link 2]: https://blog.csdn.net/qq_52797170/category_11917770.html
[2e541afb410a474b9e5bf7325be5cbef.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/21/e92e929ae78746ef93a1141e96dcefa3.png
[80aad2492cb54e2a9d946dfcc26d41ee.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/21/6e08bbcc584d498e88f17bf3fcc48b3c.png
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[2d5a0b6d60c049a18f603d3399bcb59a.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/21/360bb319277245e0b3e867c182805fba.png
[0c7b2434403d408cba5922593fc45959.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/21/112186af1c624e29b6b07caab15f30d3.png
[bfffde77eed9448daed9cfecd3185851.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/21/3023a44321df4ff49bbd21585fefb108.png
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[323246809dd04df28f69b14af5d16d9c.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/21/ef5c99c5e8f54915aa54b711299f384a.png
[585be35fecd943ad813e0a2953360fc2.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/21/6a9f61604fe844598f6cd365ab243bcb.png
[8419738a9c764c34b198934ed996d03a.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/21/5bd0c88b776546f6a6ac735fe9f92000.png
[93a813b1e1e542d68fcfc474e675db56.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/21/cd241113655e465e8361c7fe0be46517.png
[7dd980aee4e14d9a876a2bb1206a98ca.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/21/f8edd4ba2abb42009384cd1a2e11eb4d.png
[c108a1f8182c438ca835d1cf52a26b47.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/21/334d093740c748f0846f2dad13a0d53a.png
[bfd89bb44bcd4666bf931247a681c14f.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/21/af0dd944ef7041d891ad57e85f8a6596.png