【Redis二三事】Redis的主从复制机制详细解析（图解）
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文章目录
- ⭐️1 主从复制
- ⭐️1.1 主从复制简介
- 1.1.1多台服务器连接方案
- ⭐️1.2 主从复制
- ⭐️1.2.1主从复制的作用
- ⭐️1.3 主从复制工作流程
- ⭐️1.3.1 建立连接阶段步骤
- ⭐️1.3.1.1 主从连接的三种方式（slave连接master）
- 下面对这三种方式分别进行操作演示
- 方式一：在slave端发送连接请求
- 方式二：启动slave时直接与master进行连接
- 方式三：设置配置文件
- ⭐️1.3.2 数据同步阶段步骤
- ⭐️1.3.2.1 数据同步阶段master说明
- ⭐️1.3.2.2 数据同步阶段slave说明
- ⭐️1.3.2.3 命令传播阶段步骤
- ⭐️1.3.2.4 服务器运行ID（runid）
- ⭐️1.3.2.5 主服务器的复制偏移量积压缓冲区
- ⭐️1.3.2.6 主从服务器的复制偏移量（offset）
- ⭐️1.3.3 数据同步+命令传播阶段步骤
- ⭐️1.3.3.1 心跳机制
- 14 主从复制工作流程完整图示
⭐️1 主从复制
⭐️1.1 主从复制简介
了解主从复制之前，你的redis是否高可用？
如果我们的redis是单机的就会存在一定的风险
问题1：机器故障
- 现象：
硬盘故障，系统崩溃 - 本质：
数据丢失，很可能对业务造成灾难性打击
问题2：容量瓶颈
- 现象：
内存不足，从16G升级到64G，从64G升级到128G，无限升级内存 - 本质：没钱，硬件条件跟不上
- 结论：硬件的发展速度直接决定软件的技术，内存上不去，redis存储的数据量就很低，这样下去就会放弃redis
因此：
为了避免Redis服务器故障造成重大损失，我们准备多台服务器，互相来南通。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，同时实现数据冗余备份
1.1.1多台服务器连接方案
我们让主服务器专门负责写数据，下面的从属计算机专门负责读数据，数据由主服务器提供给从属服务器，这样的话我们的数据有多个备份，也就实现了高可用
提供数据方：master
- 我们可以称之为：主服务器，主节点，主库，主客户端
接收数据方：slave
- 我们可以称之为：从节点，从库，从客户端
需要解决的问题
- 数据同步：master的数据复制到slave
这样，我么从主服务器向从服务器复制数据，就是主从复制
⭐️1.2 主从复制
主从复制即：将master中的数据及时，有效的复制到slave中
特征：一个master可以拥有多个slave，一个slave只对应一个master
职责：
- 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
可能会有人说：master的压力过大崩溃了怎么办，不要着急，我们后面会说到的的哨兵模式就是为了解决这一问题的
除此之外，当我们的master压力很大时，我们可以在某一个slave上给其追加从属服务器，例如下图，所以说，
master和slave是一种相对的概念
⭐️1.2.1主从复制的作用
-
读写分离：
master写，slave读。提高服务器的读写负载能力 -
负载均衡：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 -
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
⭐️1.3 主从复制工作流程
主从复制过程大体可以分为3个阶段
1.建立连接阶段（即准备阶段）
2.数据同步阶段
3.命令传播阶段
流程图解：
⭐️1.3.1 建立连接阶段步骤
建立slave到master的连接，使master能够识别slave，并保存slave端口号
步骤1：设置master的地址和端口，保存master信息
步骤2：建立socket连接
步骤3：发送ping命令（定时器任务）
步骤4：身份验证
步骤5：发送slave端口信息
至此，主从连接成功！
最终状态：
slave:
- 保存master的地址与端口
master：
- 保存slave的端口
总体：
- 之间创建了连接的socket
⭐️1.3.1.1 主从连接的三种方式（slave连接master）
方式一：客户端发送命令
- slaveof masterip masterport
方式二：启动服务器参数
- redis-server -slaveof masterip maxterport
方式三：服务器配置（主流方式，建议使用）
- slaveof masterip masterport
主从断开连接
- 客户端发送命令
- slaveof no one
下面对这三种方式分别进行操作演示
我们以6739端口的服务器为master,以6380端口的服务器为slave进行操作
进入6379服务器关掉守护进程配置与日志
6380服务器同样
启动master及slave
方式一：在slave端发送连接请求
我们查看slave的日志信息
发现连接过程中master与slave的信息已经同步
我们测试一下在master中set一个数据并在slave看能不能获取
方式一成功
方式二：启动slave时直接与master进行连接
我们测试一下在master中set一个数据并在slave看能不能获取
方式二成功
现在上面这样种方式都不是主流方式，主流的是直接在配置文件中进行设置
方式三：设置配置文件
修改slave的配置文件，添加如箭头所指的配置
添加完毕我们启动slave，并查看信息是否同步
方式三成功
⭐️1.3.2 数据同步阶段步骤
在slave初次连接master后，会复制master中的所有数据到slave，数据同步阶段包括全量复制与部分复制
也就是将slave的数据库状态更新成master当前的数据库状态
步骤1：请求同步数据
步骤2：创建RDB同步数据
步骤3：恢复RDB同步数据（以上阶段为全量复制）
步骤4：请求部分同步数据（同步的是缓冲区中的指令引起的数据）
步骤5：恢复部分同步数据（此过程会执行bgrewriteaof重写操作，恢复数据，步骤4，步骤5阶段为部分复制）
至此数据同步工作完成
全量复制
- 获取发指令的那一刻开始
原来的所有数据
部分复制
- 恢复进行
RDB过程中对应的所有数据
最终状态：
slave：
具有master端全部数据，包含RDB过程接收的数据
master
- 保存slave当前数据同步的位置
总体
- 之间完成了数据克隆
⭐️1.3.2.1 数据同步阶段master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堵塞，影响业务正常执行 -
复制缓冲区大小设置不合理，会导致
数据溢出，如进行全量复制周期太长，进行部分复制时发现数据已经存在丢失的情况，必须进行第二次全量复制，致使slave陷入死循环状态
我们可以通过配置修改缓冲区的大小
- repl-backlog-size lmb
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
⭐️1.3.2.2 数据同步阶段slave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-serve-stale-data yes|no（当主服务器挂掉时是否提供过期数据）
- 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
- 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请求，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
⭐️1.3.2.3 命令传播阶段步骤
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
一句话就是实时保持主从之间的数据同步
命令传播阶段的部分复制
- 命令传播阶段出现了断网情况
- 网络闪断闪连 忽略
- 短时间网络中断 部分复制
- 长时间网络中断 全量复制
- 部分复制的三个核心要素
- 服务器的运行id（run id）
- 主服务器的复制偏移量积压缓冲区
- 主从服务器的复制偏移量
下面我们对这三个核心要素分别进行叙述
⭐️1.3.2.4 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
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
我们输入info server命令查看服务器运行id
⭐️1.3.2.5 主服务器的复制偏移量积压缓冲区
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毛病存储在复制缓冲区
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收到主用户端的指令时，除了将指令执行，会将该指令存储到缓冲区中
复制缓冲区内部工作原理
当master接到一个指令，例如set name itheima,它会把指令拆解开放进复制缓冲区，指令在缓冲区的形式为
为了区分各个字符，每个字符都有自己的编号
所以复制缓冲区由两部分组成
- 偏移量
- 字节值
工作原理
- 通过offset区分不同的slave当前数据传播的差异
⭐️1.3.2.6 主从服务器的复制偏移量（offset）
概念：一个数字，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端：发送一次记录一次
- slave端：接受一次记录一次
作用：同步信息，对比master与slave的差异，当slave断线后，恢复数据使用
⭐️1.3.3 数据同步+命令传播阶段步骤
这部分比较复杂，大家可以看着流程图和我的叙述进行理解
现在是数据同步阶段：
首先进行全量复制
slave向master发送指令，请求数据同步，执行psync2 <runid> <offset>指令，此时slave并不知道master的
runid与offset，故发送的指令形式为psync2 ? -1
master收到来自slave的指令，执行bgsave生成RDB文件，记录当前的复制偏移量offset，接收的offset值为-1
因为接收到offset=-1，故master采用全量同步，将会把所有信息都发送过去，顺带自己的runid与offset，发送的
指令为+FULLRESYNC runid offset
slave收到+FULLRESYNC，保存master的runid和offset，清空当前全部数据，通过socket接收RDB文件，恢复RDB
数据，至此全量复制结束
接下来进行部分复制
期间master接收客户端命令后（这里的期间指全量复制期间），offset发生了变化，全量复制之后slave会发送指令
请求master将剩余的信息进行发送，发送的命令是psync2 runid offset
接下来进入命令传播阶段：
master接收到psync2 指令后，
-
先判断
runid是否匹配（不匹配证明不是一台机器），然后判定offset是否在复制缓冲区中，如果runid或offset有一个不满足，就会再次执行全量复制 -
如果runid或offset检验通过
- slave发送的offset与master缓冲区中的offset相同，则忽略，证明全量复制期间没有其他数据进入缓冲区
- slave发送的offset与master缓冲区中的offset不相同，则发送+CONTINUE offset指令，通过socket发送复制缓冲区中slave发送的offset到master本身的offset的数据
slave收到master发送的+COUNTINUE指令，保存master的offset，接收信息后，执行bgrewriteaof对部分复制的指令进行重写，恢复数据，随后因为心跳机制的原因，slave周期性的向master发送请求以汇报自己的offset,获取最新的指令变更
⭐️1.3.3.1 心跳机制
传播阶段master与slave之间的联系是反复进行的，而这种反复进行的机制是由心跳包来控制的
- 进入命令传播阶段，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
如果lag不为1或者0，证明可能在ping某些时候可能丢过
心跳阶段注意事项
- 当slave多数掉线，或延迟过高时，master为保障数据稳定性，将拒绝所有信息同步操作
- min-slaves-to-write 2
- min-slaves-max-lag 8
- slave数量少于2，或者所有slave的延迟都大于等于8秒时，强制关闭master写功能，停止数据同步
- slave数量是由slave发送REPLCONF ACK命令做确认
- slave延迟是由slave发送REPLCONF ACK命令做确认
14 主从复制工作流程完整图示
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文章发布日期：2021.12.29
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