Redis主从复制与哨兵模式

本文基于redis-5.0.3版本，环境为Mac OS，单机器上部署。

Redis单机存在的问题

• 单机故障
• 容量瓶颈
• QPS瓶颈

Redis主从复制

主机数据更新后根据配置和策略，自动同步到备机的master/slaver机制，mester以写为主，slaver以读为主。

配置原则

• 1.配从不配主。
• 2.使用命令SLAVEOF动态指定主从关系，如果设置了密码，关联后使用 config set masterauth 密码。
• 3.配置文件和命令混合使用时，如果混合使用，动态指定了主从，请注意一定要修改对应的配置文件。

实例演示

下面我们来构建一个一主二从的主从复制结构，架构图如下：

1、新建三个文件夹redis6381 redis6382 redis6383，并将redis.conf文件复制到每个文件夹下，目录结构如下（redis-cluster是我自己建的集群根目录），我们以redis6381为主节点。

2、修改redis.conf配置文件
redis6381/redis.conf

# 指定redis所在服务器IP
bind 10.40.231.95 
port 6381
daemonize yes
# 因为是在同一台主机上搭建的主从复制，这里以端口号来区分
pidfile "/var/run/redis_6381.pid"
dir "/redis-cluster/redis6381"
masterauth 123456
requirepass "123456"

redis6382/redis.conf

bind 10.40.231.95 
port 6382
daemonize yes
pidfile "/var/run/redis_6382.pid"
dir "/redis-cluster/redis6382"
# 指定copy数据的主节点
replicaof 10.40.231.95 6381
masterauth "123456"
requirepass "123456"

redis6383/redis.conf

bind 10.40.231.95 
port 6383
daemonize yes
pidfile "/var/run/redis_6383.pid"
# 指定copy数据的主节点
dir "/redis-cluster/redis6383"
replicaof 10.40.231.95 6381
masterauth "123456"
requirepass "123456"

3.启动示例

➜  redis-5.0.3 src/redis-server /redis-cluster/redis6381/redis.conf 
➜  redis-5.0.3 src/redis-server /redis-cluster/redis6382/redis.conf 
➜  redis-5.0.3 src/redis-server /redis-cluster/redis6383/redis.conf 

4.查看主从信息

➜  redis-5.0.3 src/redis-server /redis-cluster/redis6381/redis.conf 

可以看出主从复制结构已搭建成功，6381为主节点，6382、6383为从节点。大家可以通过客户端连接去测试验证下。

主从复制的缺点

1.由于所有的写操作都是先在Master上操作，然后同步更新到Slave上，所以从Master同步到Slave机器有一定的延迟，当系统很繁忙的时候，延迟问题会更加严重，Slave机器数量的增加也会使这个问题更加严重。

2.当主机宕机之后，将不能进行写操作，需要手动将从机升级为主机，从机需要重新指定master。

redis哨兵模式

从Redis 2.8版本开始，redis引入了哨兵模式来解决上述故障主节点无法自动转移的问题。

哨兵模式的主要功能

监控： 哨兵会不断地检查主节点和从节点是否运作正常
自动故障转移： 当主节点不能正常工作时，哨兵会开始自动故障转移操作，它会将失效主节点的其中一个从节点升级为新的主节点，并让其他从节点改为复制新的主节点。
配置提供者： 客户端在初始化时，通过连接哨兵来获得当前Redis服务的主节点地址。
通知： 哨兵可将故障转移的结果发送给客户端。

实例演示

哨兵模式中有两种类型的节点：
哨兵节点： 哨兵系统有一个或多个哨兵节点组成，哨兵节点是特殊的Redis节点，不存储数据。
数据节点： 主节点和从节点都是数据节点。

下面我们来搭建3个哨兵节点，配和上面的的主从复制示例，来演示下哨兵模式的搭建以及故障的转移测试。架构图如下：

1.部署主从节点
哨兵系统中的主从节点，与普通的主从节点配置是一样的，上面我们搭建的示例就是。

2.部署哨兵节点
新建文件夹sentinel，并复制redis安装目录下的sentinel.conf文件，这里我们搭建三个哨兵，所以这里复制三次，文件名后加上端口号识别。目录结构如下：

sentinel-26381.conf

bind 0.0.0.0
port 26381
daemonize yes
# 因为是在同一台主机上搭建的主从复制，这里以端口号来区分
pidfile "/var/run/redis-sentinel26381.pid"
logfile "26381.log"
# mymaster是自定义集群名称，哨兵可以监控多个集群  后面的ip和端口是集群主机的IP和端口  2代表需要至少2个哨兵判定主节点下线，才对该主节点进行客观下线
sentinel monitor mymaster 10.40.231.95 6381 2
# 集群认证密码
sentinel auth-pass mymaster 123456

sentinel-26382.conf

bind 0.0.0.0
port 26382
daemonize yes
# 因为是在同一台主机上搭建的主从复制，这里以端口号来区分
pidfile "/var/run/redis-sentinel26382.pid"
logfile "26382.log"
# mymaster是自定义集群名称，哨兵可以监控多个集群  后面的ip和端口是集群主机的IP和端口  2代表需要至少2个哨兵判定主节点下线，才对该主节点进行客观下线
sentinel monitor mymaster 10.40.231.95 6381 2
# 集群认证密码
sentinel auth-pass mymaster 123456

sentinel-26383.conf

bind 0.0.0.0
port 26383
daemonize yes
# 因为是在同一台主机上搭建的主从复制，这里以端口号来区分
pidfile "/var/run/redis-sentinel26383.pid"
logfile "26383.log"
# mymaster是自定义集群名称，哨兵可以监控多个集群  后面的ip和端口是集群主机的IP和端口  2代表需要至少2个哨兵判定主节点下线，才对该主节点进行客观下线
sentinel monitor mymaster 10.40.231.95 6381 2
# 集群认证密码
sentinel auth-pass mymaster 123456

3.启动示例

➜  redis-5.0.3 src/redis-sentinel /redis-cluster/sentinel/sentinel-26381.conf
➜  redis-5.0.3 src/redis-sentinel /redis-cluster/sentinel/sentinel-26382.conf
➜  redis-5.0.3 src/redis-sentinel /redis-cluster/sentinel/sentinel-26383.conf

启动后，活动监视器里会发现多了三个进程，说明哨兵节点已启动起来。

3.故障转移测试
通过一段代码来测试下，当主节点down机后，哨兵模式的自动故障恢复。

// 测试代码  循环打印UUID值
 public static void main(String[] args) {
        Logger logger = LoggerFactory.getLogger(TestSentinel.class);
        Set set = new HashSet<>();
        set.add("10.40.231.95:26381");
        set.add("10.40.231.95:26382");
        set.add("10.40.231.95:26383");
        JedisSentinelPool jedisSentinelPool = new JedisSentinelPool("mymaster", set, "123456");
        while (true) {
            Jedis jedis = null;
            try {
                jedis = jedisSentinelPool.getResource();
                String s = UUID.randomUUID().toString();
                jedis.set("k" + s, "V" + s);
                System.out.println(jedis.get("k" + s));
                Thread.sleep(1000);
            } catch (Exception e) {
                logger.error(e.getMessage());
            } finally {
                if (jedis != null) {
                    jedis.close();
                }
            }
        }
    }

kill掉端口号为6381的redis主节点，会发现控制台中停止打印，过一会当重新选出主节点后，程序又恢复正常，说明哨兵模式进行了自动故障恢复。

哨兵模式基本原理

主观下线： 在心跳检测的定时任务中，如果其他节点超过一定时间没有回复，哨兵节点就会将其进行主观下线。顾名思义，主观下线的意思是一个哨兵节点“主观地”判断下线。

客观下线： 哨兵节点在对主节点进行主观下线后，会通过sentinel is-master-down-by-addr命令询问其他哨兵节点该主节点的状态；如果判断主节点下线的哨兵数量达到一定数值，则对该主节点进行客观下线。

需要特别注意的是，客观下线是主节点才有的概念；如果从节点和哨兵节点发生故障，被哨兵主观下线后，不会再有后续的客观下线和故障转移操作。

定时任务： 每个哨兵节点维护了3个定时任务。定时任务的功能分别如下：

• 1.每10秒通过向主从节点发送info命令获取最新的主从结构
  • 发现slave节点
  • 确定主从关系
• 2.每2秒通过发布订阅功能获取其他哨兵节点的信息
  • 交互节点的“看法”和自身情况
• 3.每1秒通过向其他节点发送ping命令进行心跳检测，判断是否下线（monitor）。
  • 心跳检测，失败判断依据

选举领导者哨兵节点： 当主节点被判断客观下线以后，各个哨兵节点会进行协商，选举出一个领导者哨兵节点，并由该领导者节点对其进行故障转移操作。监视该主节点的所有哨兵都有可能被选为领导者，选举使用的算法是Raft算法；Raft算法的基本思路是先到先得：即在一轮选举中，哨兵A向B发送成为领导者的申请，如果B没有同意过其他哨兵，则会同意A成为领导者。

故障转移： 选举出的领导者哨兵，开始进行故障转移操作，该操作大体可以分为3个步骤：

• 在从节点中选择新的主节点：选择的原则是，首先过滤掉不健康的从节点；然后选择优先级最高的从节点（由replica-priority指定）；如果优先级无法区分，则选择复制偏移量最大的从节点；如果仍无法区分，则选择runid最小的从节点。
• 更新主从状态：通过slaveof no one命令，让选出来的从节点成为主节点；并通过slaveof命令让其他节点成为其从节点。
• 对已经下线的主节点保持关注，当节点重新上线后设置为新的主节点的从节点

实践建议

哨兵节点的数量应不止一个。一方面增加哨兵节点的冗余，避免哨兵本身成为高可用的瓶颈；另一方面减少对下线的误判。此外，这些不同的哨兵节点应部署在不同的物理机上。

哨兵节点的数量应该是奇数，便于哨兵通过投票做出“决策”：领导者选举的决策、客观下线的决策等。

各个哨兵节点的配置应一致，包括硬件、参数等；此外应保证时间准确、一致。

哨兵模式的优缺点

优点
在主从复制的基础上，哨兵引入了主节点的自动故障转移，进一步提高了Redis的高可用性。

缺点
哨兵无法对从节点进行自动故障转移，在读写分离场景下，从节点故障会导致读服务不可用，需要我们对从节点做额外的监控、切换操作。此外，哨兵仍然没有解决写操作无法负载均衡、及存储能力受到单机限制的问题。

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