redis主从同步原理及优化

互联网"三高"架构

• 高并发

• 高性能

• 高可用

高可用目标：业界可用性目标5个九，即99.999%，即服务器年宕机时长低于315秒，约5.25分钟

单机Redis的风险与问题

问题1.机器故障

• 现像： 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

• 结论： 基本上会放弃使用redis

问题2.容量瓶颈

• 现像：内存不足，从16G升到64G，从64G升级到128G，无限升级内存

• 本质：穷，硬件跟不上

• 结论：放弃使用redis

结论：

为了避免单点Redis服务器故障，准备多台服务器，互相连通，将数据复制多个副本保存不同的服务器上，连接在一起，并保存数据是同步的 ，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

架构：

主从复制：主从复制将master中的数据即时、有效的复制到slave中，特征：一个master可以拥有多个salve,g，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salve

         - 读数据（可忽略）

 slave：

         - 读数据

         - 写数据（可忽略）

主从复制的作用：

• 读写分离：master写，salve读，提高服务器的读写负载能力

• 负载均衡：基于主从架构，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，通过多个人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

主从复制工作流程：

大体分为三个阶段：

- 建立连接阶段（即准备阶段）

 - 数据同步阶段

 - 命令传播阶段

架构如图：

阶段一：建立连接阶段

建立slave到master的连接，使master能够识别slave，并保存slave端口号

建立连接阶段工作流程

步骤1：从服务器设置master的地址和端口，保存master信息

步骤2：建立socker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

主从连接（slave连接master）

方式一：客户端发送命讼

slaveof <masterip> <masterport>

方式二：启动服务器参数

redis-server -slaveof <masterip> <masterport>

方式三：服务器配置

slaveof <masterip> <masterport>

slave系统信息

info

• maste_link_down_since_seconds

• masterhost

• masterport

master系统信息

info

• slave_listening_port(多个)

授权访问

master配置文件设置密码

requirepass <password>

master客户端发送命令设置密码

config set requirepass <password>

config get requirepass

slave客户端发送命令设置密码

auth <password>

salve配置文件设置密码

masterauth <password>

启动客户端设置密码

redis-cli -a <password>

启动客户端不设置密码，进到密令行需要密码，反之一样

阶段二： 数据同步阶段工作流程
在salve初次连接master后，复制Master中所有数据到slave
将slave的数据库状态更新成master当前的数据为状态

架构如图：

步骤1：请求同步数骤
步骤2：创建RDB同步数据
步骤3：恢复RDB同步数据
步骤4：请问部分同步数据
步骤5：恢复部分同步数据
步骤6：数据同步工作完成

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

数据同步阶段master说明
1、如果master数据量巨大，数据同步阶段应避开流量高峰期，避免造成master阻塞，影响业务正常运行
2、复制缓冲区大小设定不合理，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-baklog-size 1mb
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
slave-serve-stale-data yes|no
2、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
3、多个slave同时对Master请求数据同步，master发送的RDB文件增多，会对宽带造成巨大冲击，如果master宽带不足，因此数据同步需要根据业务需求，适量错峰
4、salve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，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，

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的状态，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
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
服务器的运维id(run id)
主服务器的复制积压缓冲区
主从服务器的复制偏移量

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身份证识别码，一台服务器多次运行可以生成多个运行id

组成：运行id由四十位字符组成，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，会将自已的运行id发送给slave，slave保存此ID，通过info server命令，可以查看节点的runid

复制缓冲区
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的命令，每次传播命令，master都会将传播的命令记录下来，并存付在复制缓冲区