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Redis-主从复制

内容导读

互联网集市收集整理的这篇技术教程文章主要介绍了Redis-主从复制，小编现在分享给大家，供广大互联网技能从业者学习和参考。文章包含8269字，纯文字阅读大概需要12分钟。

内容图文

主从复制的概念

Redis是否高可用

单机redis的风险与问题

  • 问题1：机器故障
    现象：硬盘故障、系统崩溃
    本质：数据丢失，对业务造成灾难性打击

  • 问题2：容量瓶颈
    现象：内存不足，16G升级到64G，从64G升级到128G，无限升级
    本质：穷，硬件条件跟不上

  • 结论：
    为了避免单点redis服务器故障，准备多台服务器，互相联通，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。即使有一台服务器宕机，其他
    服务器仍然可以继续提供服务，实现Redis高可用，同时实现数据冗余备份

多台服务器连接方法

  1. 提供数据方：master
    主服务器，主节点，主库，主客户端

  2. 接收数据方：slave
    从服务器，从节点，从库，从客户端

  3. 需要解决的问题：数据同步

  4. 核心工作：master的数据复制到slave中

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：

  1. master：写数据/执行写操作时，将出现变化的数据自动同步到slave/读数据(可忽略)
  2. slave：读数据/写数据(禁止)
    (主从复制模式图)
    Redis-主从复制 - 文章图片
                                           图片来源于网络
       

高可用集群

主从复制的作用：

  1. 读写分离：master写，slave读，提高服务器的读写负载能力
  2. 负载均衡：基于主从结构，配合读写分离，由slave分担master负载，并根据需要的变化
    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
  3. 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
  4. 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
  5. 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
       

主从复制过程大体分为3个阶段

  1. 建立连接阶段（即准备阶段）

    1. 设置master的地址和端口，保存master信息
    2. 建立socket连接
    3. 发送ping（定时器任务）
    4. 身份验证
    5. 发送slave端口信息

    状态：
    slave:保存master的地址和短端口
    master:保存slave的端口
    总体：之间创建了连接的socket
    (建立连接阶段流程图)
    Redis-主从复制 - 文章图片
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  2. 数据同步阶段

  3. 命令传播阶段

阶段一：建立连接阶段（即准备阶段）

主从连接(slave连接master)

这里用6380作为slave,6379作为master

  1. 第一种方式(客户端发送命令)

    // 拿6380端口的去连接6379的
127.0.0.1:6380> slaveof 127.0.0.1 6379
OK
// 6379端口设置key
127.0.0.1:6379> set name zhangsan
OK
// 6380端口的取key
127.0.0.1:6380> get name
"zhangsan"

  2. 第二种方式（启动服务器参数）

    // 启动服务时直接在后面加参数
redis-server /usr/local/redis/myredis/redis6380.conf --slaveof 127.0.0.1 6379

  3. 第三种方式(配置文件)推荐
    在(6380端口)配置文件中(redis6380.conf)追加一句话：slaveof 127.0.0.1 6379

断开连接

从客户端：slaveof no one

   

阶段二：数据同步阶段工作流程

  • 步骤一：请求同步数据
  • 步骤二：创建RDB同步数据
  • 步骤三：恢复RDB同步数据
  • 步骤四：请求部分同步数据
  • 步骤五：恢复部分同步数据

(要了解全量复制跟部分复制的概念)
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当前数据同步位置
    (数据同步阶段工作流程图)

Redis-主从复制 - 文章图片
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数据同步阶段master说明

  1. 如果master数据量巨大，数据同步阶段应该避开流量高峰期，避免造成master阻塞，影响业务正常执行

  2. 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

    repl-backlog-size 1mb 默认

  3. 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

数据同步阶段slave说明

  1. 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(只提供读的操作)

    slave-serve-stale-data yes|no

  2. 数据同步阶段，master发送给slave信息可以理解为master是slave的一个客户端，主动向slave发送命令

  3. 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

  4. 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。过多使用树状结构时，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。

     

阶段三：命令传播阶段

  • 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状态，同步的动作称为命令传播
  • master将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

    1. 网络闪断闪连 忽略
    2. 短时间网络中断 部分复制
    3. 长时间网络中断 全量复制

  • 部分复制的三个核心要素：

    1. 服务器的运行id(run id)

      • 概念：服务器运行ID是每一台服务器每次运行的身法识别码，一台服务器多次运行可以生成多个运行id

      • 组成：运行id是由40位字符组成，是一个随机的十六进制字符

      • 运行id被用于服务器间进行传输，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

        Redis-主从复制 - 文章图片

    2. 主服务器的复制积压缓冲区

      • 概念：复制缓冲区，又名复制积压缓冲区，是一个先进先出的(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
        (图片：复制缓冲区的概念)

      Redis-主从复制 - 文章图片
                                             图片来源于网络
      每次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

      (图：复制缓冲区内部工作原理)
      Redis-主从复制 - 文章图片
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    3. 主从服务器的复制偏移量

      • 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:接收一次记录一次
      • 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
      • 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
        master记录已发送的信息对应的offset
        slave记录已接收的信息对应的offset
           

命令传播阶段：心跳机制

  • 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：

    1. 指令：PING
    2. 周期：由repl-ping-slave-period决定，默认10秒
    3. 作用：判断slave是否在线
    4. 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：

    1. 指令：REPLCONF ACK {offset}
    2. 周期：1秒
    3. 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
    4. 作用2：判断master是否在线

    (图：心跳机制-lag)
    Redis-主从复制 - 文章图片

心跳机制注意事项：

  • 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

    min-slaves-to-write 2
min-slaves-max-lag 8

    slave数量少于2个或者slave的延迟都大于10秒时，强制关闭master写功能，停止数据同步

  • slave数量由slave发送 REPLCONF ACK 命令做确认

  • slave延迟由slave发送 REPLCONF ACK 命令做确认

    

主从复制完整工作流程

（图：主从复制工作流程(完整)）
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主从复制常见问题

  • 频繁的全量复制
  1. 伴随着系统的运行，master的数据量会越来越大，一旦master重启，runid将会发生变化，会导致全部slave的全量复制操作—内部优化调整方案—作用：本机保存上次runid,重启后恢复该值，使所有slave认为还是之前的master
  2. 问题现象：网络环境不佳，出现网络中断，slave不提供服务
    问题原因：复制缓冲区过小，断网后slave的offset越界，触发全量复制
    最终结果：slave反复进行全量复制
    解决方案：修改复制缓冲区大小 repl-backlog-size
    建议设置：
    1. 测试从master到slave的重连平均时长second
    2. 获取master平均每秒产生写命令数据总量write_size_per_second
    3. 最优复制缓冲区空间=2secondwrite_size_per_second

  • 频繁的网络中断(1)

    1. 问题现象：master的cpu占用过高或slave频繁断开连接

    2. 问题原因：slave每秒发送REPLCONF ACK命令到master,当slave接收到了慢查询时(keys *,hgetall等)，会大量占用CPU性能，master每秒调用复制定时函数repliationCron(),比对slave发现长时间没有进行响应

    3. 最终结果：master各种资源（输出缓冲区、带宽、连接等）被严重占用

    4. 解决方案：通过设置合理的超时时间，确认是否释放slave

      repl-timeout
      该参数定义了超时时间的阈值(默认60秒)，超过该值，释放slave

  • 频繁的网络中断(2)

    1. 问题现象：slave与master连接断开
    2. 问题原因：master发送ping指令频度较低;master设定超时时间较短;ping指令在网络中存在丢包
    3. 解决方案：提高ping指令发送频度repl-ping-slave-period
      超时时间repl-time的时间至少是ping指令频度的5到10倍，否则slave很容易判断超时

  • 数据不一致

    1. 问题现象：多个slave获取相同数据不同步
    2. 问题原因：网络信息不同步，数据发送有延迟
    3. 解决方案：
      1. 优化主从间的网络环境，通常放置在同一个机房部署，如使用阿里云等服务器时要注意此现象
      2. 监控主从节点延迟（通过offset）判断，如果slave延迟过大，暂时屏蔽程序对该slave的数据访问
        slave-serve-stale-data yes|no
        开启后仅响应info、slaveof等少数命令(慎用，除非对数据一致性要求很高)
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内容总结

以上是互联网集市为您收集整理的Redis-主从复制全部内容，希望文章能够帮你解决Redis-主从复制所遇到的程序开发问题。 如果觉得互联网集市技术教程内容还不错，欢迎将互联网集市网站推荐给程序员好友。

内容备注

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来源：【匿名】