Redis分布式缓存（二）| 主从架构搭建、全量/增量同步原理、主从同步优化
Redis分布式缓存（二）| 主从架构搭建、全量/增量同步原理、主从同步优化
- Redis主从架构
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- 1.搭建主从架构
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- 1.1.集群结构
- 1.2.准备实例和配置
- 1.3.启动
- 1.4.停止
- 1.5.开启主从关系
- 1.6.测试
- 2.主从数据同步原理
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- 2.1.全量同步
- 2.2.增量同步
- 2.3.repl_backlog原理
- 3.主从同步优化
- 4.小结
- 5.注意
接上一篇：Redis分布式缓存（一）| 单机安装、RDB和AOF持久化
Redis主从架构
1.搭建主从架构
单节点Redis的并发能力是有上限的，要进一步提高Redis的并发能力，就需要搭建主从集群，实现读写分离。
1.1.集群结构
我们搭建的主从集群结构如图：
共包含三个节点，一个主节点，两个从节点。
这里我们会在同一台虚拟机中开启3个redis实例，模拟主从集群，信息如下：
| IP | PORT | 角色 |
|---|---|---|
| 192.168.188.128 | 7001 | master |
| 192.168.188.128 | 7002 | slave |
| 192.168.188.128 | 7003 | slave |
1.2.准备实例和配置
要在同一台虚拟机开启3个实例，必须准备三份不同的配置文件和目录，配置文件所在目录也就是工作目录。
1）创建目录
我们创建三个文件夹，名字分别叫7001、7002、7003：
# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 创建目录
mkdir 7001 7002 7003
如图：
2）恢复原始配置
修改redis-6.2.4/redis.conf文件，将其中的持久化模式改为默认的RDB模式，AOF保持关闭状态。
这里注释上一篇文章的AOF持久化时关闭的配置，即注释save ""
# 开启RDB
# save ""
save 3600 1
save 300 100
save 60 10000
# 关闭AOF
appendonly no
3）拷贝配置文件到每个实例目录
然后将redis-6.2.4/redis.conf文件拷贝到三个目录中（在/tmp目录执行下列命令）：
# 方式一：逐个拷贝
cp redis-6.2.4/redis.conf 7001
cp redis-6.2.4/redis.conf 7002
cp redis-6.2.4/redis.conf 7003
# 方式二：管道组合命令，一键拷贝
echo 7001 7002 7003 | xargs -t -n 1 cp redis-6.2.4/redis.conf
4）修改每个实例的端口、工作目录
修改每个文件夹内的配置文件，将端口分别修改为7001、7002、7003，将rdb文件保存位置都修改为自己所在目录（在/tmp目录执行下列命令）：
sed -i -e 's/6379/7001/g' -e 's/dir .\//dir \/tmp\/7001\//g' 7001/redis.conf
sed -i -e 's/6379/7002/g' -e 's/dir .\//dir \/tmp\/7002\//g' 7002/redis.conf
sed -i -e 's/6379/7003/g' -e 's/dir .\//dir \/tmp\/7003\//g' 7003/redis.conf
5）修改每个实例的声明IP
虚拟机本身有多个IP，为了避免将来混乱，我们需要在redis.conf文件中指定每一个实例的绑定ip信息，格式如下：
# redis实例的声明 IP
replica-announce-ip 192.168.188.128
每个目录都要改，我们一键完成修改（在/tmp目录执行下列命令，下面两个选其中一个执行即可）：
# 方式一：逐一执行
sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.188.128' 7001/redis.conf
sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.188.128' 7002/redis.conf
sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.188.128' 7003/redis.conf
# 方式二：管道组合命令，一键修改
printf '%s\n' 7001 7002 7003 | xargs -I{} -t sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.188.128' {}/redis.conf
1.3.启动
为了方便查看日志，我们打开3个ssh窗口，分别启动3个redis实例，启动命令：
# 第1个窗口执行
redis-server /tmp/7001/redis.conf
# 第2个窗口执行
redis-server /tmp/7002/redis.conf
# 第3个窗口执行
redis-server /tmp/7003/redis.conf
如图：
1.4.停止
如果要一键停止，可以运行下面命令：
printf '%s\n' 7001 7002 7003 | xargs -I{} -t redis-cli -p {} shutdown
1.5.开启主从关系
现在三个实例还没有任何关系，要配置主从可以使用replicaof或者slaveof（5.0以前）命令。
有临时和永久两种模式：
-
修改配置文件（永久生效）
在redis.conf中添加一行配置：slaveof -
使用
redis-cli客户端连接到redis服务，执行slaveof命令（重启后失效）：slaveof <masterip> <masterport>
注意：在5.0以后新增命令replicaof，与salveof效果一致。
这里我们为了演示方便，使用方式二。如果需要继续使用哨兵集群，建议使用方式一。或者启动好后则不动
改动配置文件需要重启redis
通过redis-cli命令连接7002，执行下面命令：
# 连接 7002
redis-cli -p 7002
# 执行slaveof
slaveof 192.168.188.128 7001
通过redis-cli命令连接7003，执行下面命令：
# 连接 7003
redis-cli -p 7003
# 执行slaveof
slaveof 192.168.188.128 7001
然后连接 7001节点，查看集群状态：
# 连接 7001
redis-cli -p 7001
# 查看状态
info replication
结果：
1.6.测试
执行下列操作以测试：
- 利用redis-cli连接7001，执行
set num 123 - 利用redis-cli连接7002，执行
get num，再执行set num 666 - 利用redis-cli连接7003，执行
get num，再执行set num 888
可以发现，只有在7001这个master节点上可以执行写操作，7002和7003这两个slave节点只能执行读操作。
2.主从数据同步原理
2.1.全量同步
主从第一次建立连接时，会执行全量同步，将master节点的所有数据都拷贝给slave节点，流程：
这里有一个问题，master如何得知salve是第一次来连接呢？？
有几个概念，可以作为判断依据：
- Replication Id：简称replid，是数据集的标记，id一致则说明是同一数据集。每一个master都有唯一的
replid，slave则会继承master节点的replid - offset：偏移量，随着记录在repl_baklog中的数据增多而逐渐增大。slave完成同步时也会记录当前同步的offset。如果slave的offset小于master的offset，说明slave数据落后于master，需要更新。
因此slave做数据同步，必须向master声明自己的replication id 和offset，master才可以判断到底需要同步哪些数据。
因为slave原本也是一个master，有自己的replid和offset，当第一次变成slave，与master建立连接时，发送的replid和offset是自己的replid和offset。
master判断发现slave发送来的replid与自己的不一致，说明这是一个全新的slave，就知道要做全量同步了。
master会将自己的replid和offset都发送给这个slave，slave保存这些信息。以后slave的replid就与master一致了。
因此，master判断一个节点是否是第一次同步的依据，就是看replid是否一致。
如图：
完整流程描述：
- slave节点请求增量同步
- master节点判断
replid，发现不一致，拒绝增量同步 - master将完整内存数据生成RDB，发送RDB到slave
- slave清空本地数据，加载master的RDB
- master将RDB期间的命令记录在
repl_baklog，并持续将log中的命令发送给slave - slave执行接收到的命令，保持与master之间的同步
2.2.增量同步
全量同步需要先做RDB，然后将RDB文件通过网络传输个slave，成本太高了。因此除了第一次做全量同步，其它大多数时候slave与master都是做增量同步。
什么是增量同步？就是只更新slave与master存在差异的部分数据。如图：
那么master怎么知道slave与自己的数据差异在哪里呢? 继续往下看
2.3.repl_backlog原理
repl_backlog本质是类似一个圆形内存缓冲区数组
master怎么知道slave与自己的数据差异在哪里呢?
这就要说到全量同步时的repl_baklog文件了。
这个文件是一个固定大小的数组，只不过数组是环形，也就是说角标到达数组末尾后，会再次从0开始读写，这样数组头部的数据就会被覆盖。
repl_baklog中会记录Redis处理过的命令日志及offset，包括master当前的offset，和slave已经拷贝到的offset：
slave与master的offset之间的差异，就是salve需要增量拷贝的数据了。
随着不断有数据写入，master的offset逐渐变大，slave也不断的拷贝，追赶master的offset：
直到数组被填满：
此时，如果有新的数据写入，就会覆盖数组中的旧数据。不过，旧的数据只要是绿色的，说明是已经被同步到slave的数据，即便被覆盖了也没什么影响。因为未同步的仅仅是红色部分。
但是，如果slave出现网络阻塞，导致master的offset远远超过了slave的offset：
如果master继续写入新数据，其offset就会覆盖旧的数据，直到将slave现在的offset也覆盖：
棕色框中的红色部分，就是尚未同步，但是却已经被覆盖的数据。此时如果slave恢复，需要同步，却发现自己的offset都没有了，无法完成增量同步了。只能做全量同步。
3.主从同步优化
主从同步可以保证主从数据的一致性，非常重要。
可以从以下几个方面来优化Redis主从就集群：
- 在master中配置
repl-diskless-sync yes启用无磁盘复制，避免全量同步时的磁盘IO。 - Redis单节点上的内存占用不要太大，减少RDB导致的过多磁盘IO
- 适当提高
repl_baklog的大小，发现slave宕机时尽快实现故障恢复，尽可能避免全量同步 - 限制一个master上的slave节点数量，如果实在是太多slave，则可以采用主-从-从链式结构，减少master压力
主从从架构图：
4.小结
简述全量同步和增量同步区别？
- 全量同步：master将完整内存数据生成RDB，发送RDB到slave。后续命令则记录在repl_baklog，逐个发送给slave。
- 增量同步：slave提交自己的
offset到master，master获取repl_baklog中从offset之后的命令给slave
什么时候执行全量同步？
- slave节点第一次连接master节点时
- slave节点断开时间太久，
repl_baklog中的offset已经被覆盖时
什么时候执行增量同步？
- slave节点断开又恢复，并且在
repl_baklog中能找到offset时
5.注意
如果继续参考下一篇文章进行哨兵集群搭建，则以上启动的三个主从实例不要宕机
下一篇：Redis分布式缓存（三）| 哨兵集群原理、哨兵集群搭建、集群故障恢复、与SpringBoot集成
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