面试Redis 高可靠性｜主从模式、哨兵模式、Cluster集群模式

引言

Redis 高可靠性，有两层含义：一是数据尽量少丢失，二是服务尽量少中断。AOF 和 RDB 的持久化保证了数据尽量少丢失，而对于服务尽量少中断，Redis 的做法就是增加副本冗余量，将一份数据同时保存在多个实例上。即使有一个实例出现了故障，需要过一段时间才能恢复，其他实例也可以对外提供服务，不会影响业务使用。

Redis 实现高可靠有三种部署模式：主从模式，哨兵模式，集群模式。

主从模式

主从模式中，主从节点之间采用的是读写分离的方式。主节点负责读写操作，从节点只负责读操作。从节点的数据来自主节点，实现原理就是主从复制机制

主从复制包括全量复制，增量复制两种。一般当从节点（slave）第一次启动连接主节点（master），就采用全量复制，全量复制主要包括三个阶段：

第一阶段，从节点和主节点建立起连接，并告诉主节点即将进行同步，主节点确认回复后，主从节点间就可以开始同步了。

具体来说，从节点给主节点发送 psync 命令，表示要进行数据同步，主节点根据这个命令的参数来启动复制。psync 命令包含了主节点的 runID 和复制进度 offset 两个参数。第一次复制时， runID 设为“？”，offset设为 -1。

主节点收到 psync 命令后，会用 FULLRESYNC 响应命令带上两个参数：主节点 runID 和主节点目前的复制进度 offset，返回给从节点。从节点收到响应后，会记录下这两个参数。

第二阶段，主节点将所有数据同步给从节点。从节点收到数据后，在本地完成数据加载。这个过程依赖于内存快照生成的 RDB 文件。

具体来说，主节点执行 bgsave 命令，生成 RDB 文件，接着将文件发给从节点。从节点接收到RDB 文件后，会先清空当前数据库，然后加载 RDB 文件。

在主节点将数据同步给从节点的过程中，主节点不会被阻塞，仍然可以正常接收请求。为了保证主从节点的数据一致性，主节点会在内存中用专门的 replication buffer，记录RDB 文件生成之后收到的所有写操作。

第三个阶段，主节点会把第二阶段执行过程中新收到的写命令，再发送给从节点。

具体来说，当主节点完成 RDB 文件发送后，就会把此时 replication buffer 中的修改操作发给从节点，从节点再重新执行这些操作。

这样一来，主从节点就实现同步了。

主从级联模式分担全量复制时的主节点压力

一次全量复制中，对于主节点来说，需要完成两个耗时的操作：生成 RDB 文件和传输 RDB 文件。

如果从节点数量很多，而且都要和主节点进行全量复制的话，就会导致主节点忙于 fork 子进程生成 RDB 文件，进行数据全量同步。fork 这个操作会阻塞主线程处理正常请求，从而导致主节点响应应用程序的请求速度变慢。此外，传输 RDB 文件也会占用主节点的网络带宽，同样会给主节点的资源使用带来压力。

我们可以通过“主 - 从 - 从”模式将主节点生成 RDB 和传输 RDB 的压力以级联的方式分散到从节点上。

简单来说，我们在部署主从集群的时候，可以手动选择一个从节点（比如选择内存资源配置较高的从节点），用于级联其他的从节点。其他的从节点不用再和主节点进行交互了，只要和级联的从节点进行写操作同步就行了，这就可以减轻主节点上的压力。

一旦主从节点完成了全量复制，它们之间就会一直维护一个网络连接，主节点会通过这个连接将后续收到的命令操作再同步给从节点，这个过程也称为基于长连接的命令传播，可以避免频繁建立连接的开销。

主从节点间网络断了怎么办？

在 Redis 2.8 之前，如果主从节点在命令传播时出现了网络闪断，那么，从节点就会和主节点重新进行一次全量复制，开销非常大。

从 Redis 2.8 开始，网络断了之后，主从节点会采用增量复制的方式继续同步。当主从节点断连后，主节点你会把断连期间收到的写操作命令，写入 replication buffer，同时也会把这些操作命令也写入 repl_backlog_buffer 这个缓冲区。

repl_backlog_buffer 是一个环形缓冲区，主节点会记录自己写到的位置（ master_repl_offset），从节点则会记录自己已经读到的位置（ slav