淺談Redis主從復制以及主從復制原理

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面臨問題

1. 機器故障。我們部署到一臺 Redis 服務器，當發生機器故障時，需要遷移到另外一臺服務器並且要保證數據是同步的。而數據是最重要的，如果你不在乎，基本上也就不會使用 Redis 瞭。

2. 容量瓶頸。當我們有需求需要擴容 Redis 內存時，從 16G 的內存升到 64G，單機肯定是滿足不瞭。當然，你可以重新買個 128G 的新機器。

解決辦法

要實現分佈式數據庫的更大的存儲容量和承受高並發訪問量，我們會將原來集中式數據庫的數據分別存儲到其他多個網絡節點上。Redis 為瞭解決這個單一節點的問題，也會把數據復制多個副本部署到其他節點上進行復制，實現 Redis 的高可用，實現對數據的冗餘備份，從而保證數據和服務的高可用。

主從復制

主從復制，是指將一臺 Redis 服務器的數據，復制到其他的 Redis 服務器。前者稱為主節點(master)，後者稱為從節點(slave),數據的復制是單向的，隻能由主節點到從節點。默認情況下，每臺 Redis 服務器都是主節點；且一個主節點可以有多個從節點(或沒有從節點)，但一個從節點隻能有一個主節點。

主從復制的作用

1. 數據冗餘：主從復制實現瞭數據的熱備份，是持久化之外的一種數據冗餘方式。

2. 故障恢復：當主節點出現問題時，可以由從節點提供服務，實現快速的故障恢復；實際上是一種服務的冗餘。

3. 負載均衡：在主從復制的基礎上，配合讀寫分離，可以由主節點提供寫服務，由從節點提供讀服務（即寫 Redis 數據時應用連接主節點，讀 Redis 數據時應用連接從節點），分擔服務器負載；尤其是在寫少讀多的場景下，通過多個從節點分擔讀負載，可以大大提高 Redis 服務器的並發量。

4. 讀寫分離：可以用於實現讀寫分離，主庫寫、從庫讀，讀寫分離不僅可以提高服務器的負載能力，同時可根據需求的變化，改變從庫的數量；

5. 高可用基石：除瞭上述作用以外，主從復制還是哨兵和集群能夠實施的基礎，因此說主從復制是 Redis 高可用的基礎。

主從復制啟用

從節點開啟主從復制，有 3 種方式：

1. 配 置 文 件 ： 在 從 服 務 器 的 配 置 文 件 中 加 入 ： slaveof <masterip>

<masterport>

2. 啟動命令： redis-server 啟 動 命 令 後 加 入 –slaveof <masterip>

<masterport>

3. 客戶端命令： Redis 服務器啟動後，直接通過客戶端執行命令：slaveof

<masterip>

<masterport>，則該 Redis 實例成為從節點。

通過 info replication 命令可以看到復制的一些信息主從復制原理主從復制過程大體可以分為 3 個階段：連接建立階段（即準備階段）、數據同步階段、命令傳播階段。在從節點執行 slaveof 命令後，復制過程便開始運作，下面圖示大概可以看到，從圖中可以看出復制過程大致分為 6 個過程

主從配置之後的日志記錄也可以看出這個流程

1）保存主節點（master）信息。執行 slaveof 後 Redis 會打印如下日志：

2）從節點（slave）內部通過每秒運行的定時任務維護復制相關邏輯，當定時任務發現存在新的主節點後，會嘗試與該節點建立網絡連接

從節點與主節點建立網絡連接

從節點會建立一個 socket 套接字，從節點建立瞭一個端口為 51234 的套接字，專門用於接受主節點發送的復制命令。從節點連接成功後打印如下日志：

如果從節點無法建立連接，定時任務會無限重試直到連接成功或者執行 slaveof no one 取消復制關於連接失敗，可以在從節點執行 info replication 查看master_link_down_since_seconds 指標，它會記錄與主節點連接失敗的系統時間。從節點連接主節點失敗時也會每秒打印如下日志，方便發現問題：

# Error condition on socketforSYNC: {socket_error_reason}

3）發送 ping 命令。

連接建立成功後從節點發送 ping 請求進行首次通信，ping 請求主要目的如下：

  • 檢測主從之間網絡套接字是否可用。
  • 檢測主節點當前是否可接受處理命令。

如果發送 ping 命令後，從節點沒有收到主節點的 pong 回復或者超時，比如網絡超時或者主節點正在阻塞無法響應命令，從節點會斷開復制連接，下次定時任務會發起重連

從節點發送的 ping 命令成功返回，Redis 打印如下日志，並繼續後續復制流程：

4）權限驗證。如果主節點設置瞭 requirepass 參數，則需要密碼驗證，從節點必須配置 masterauth 參數保證與主節點相同的密碼才能通過驗證；如果驗證失敗復制將終止，從節點重新發起復制流程。

5）同步數據集。主從復制連接正常通信後，對於首次建立復制的場景，主節點會把持有的數據全部發送給從節點，這部分操作是耗時最長的步驟。

6）命令持續復制。當主節點把當前的數據同步給從節點後，便完成瞭復制的建立流程。接下來主節點會持續地把寫命令發送給從節點，保證主從數據一致性。

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