Redis 主从复制

1.主从复制的概念

主从复制，是指将一台Redis服务器的数据，复制到其他的Redis服务器。前者称为主节点(master)，后者称为从节点(slave),数据的复制是单向的，只能由主节点到从节点。

默认情况下，每台Redis服务器都是主节点；且一个主节点可以有多个从节点(或没有从节点)，但一个从节点只能有一个主节点。

一句话：就是主从复制，master以写为主，slave以读为主，当master数据变化的时候，自动将新的数据异步同步到其他的slave数据库

2.主从复制的作用

• 数据冗余：主从复制实现了数据的热备份，是持久化之外的一种数据冗余方式。

• 故障恢复：当主节点出现问题时，可以由从节点提供服务，实现快速的故障恢复；实际上是一种服务的冗余

• 负载均衡：在主从复制的基础上，配合读写分离，可以由主节点提供写服务，由从节点提供读服务（即写Redis数据时应用连接主节点，读Redis数据时应用连接从节点），分担服务器负载；尤其是在写少读多的场景下，通过多个从节点分担读负载，可以大大提高Redis服务器的并发量

• 读写分离：可以用于实现读写分离，主库写、从库读，读写分离不仅可以提高服务器的负载能力，同时可根据需求的变化，改变从库的数量；

• 高可用基石：除了上述作用以外，主从复制还是哨兵和集群能够实施的基础，因此说主从复制是Redis高可用的基础。

3主从复制的原理

主从复制过程大体可以分为3个阶段：连接建立阶段（即准备阶段）、数据同步阶段、命令传播阶段。

在从节点执行 slaveof 命令后，复制过程便开始运作，下面图示大概可以看到，从图中可以看出复制过程大致分为6个过程

• 保存主节点（master）信息

• 从节点（slave）内部通过每秒运行的定时任务维护复制相关逻辑，当定时任务发现存在新的主节点后，会尝试与该节点建立网络连接，如果从节点无法建立连接，定时任务会无限重试直到连接成功或者执行 slaveof no one 取消复制，关于连接失败，可以在从节点执行 info replication 查看 master_link_down_since_seconds 指标，它会记录与主节点连接失败的系统时间。从节点连接主节点失败时也会每秒日志

• 发送 ping 命令，连接建立成功后从节点发送 ping 请求进行首次通信，如果发送 ping 命令后，从节点没有收到主节点的 pong 回复或者超时，比如网络超时或者主节点正在阻塞无法响应命令，从节点会断开复制连接，下次定时任务会发起重连

• 权限验证：如果主节点设置了 requirepass 参数，则需要密码验证，从节点必须配置 masterauth 参数保证与主节点相同的密码才能通过验证；如果验证失败复制将终止，从节点重新发起复制流程

• 同步数据集：主从复制连接正常通信后，对于首次建立复制的场景，主节点会把持有的数据全部发送给从节点，这部分操作是耗时最长的步骤，是全量复制

• 命令持续复制。当主节点把当前的数据同步给从节点后，便完成了复制的建立流程。接下来主节点会持续地把写命令发送给从节点，保证主从数据一致性

4主从复制启用

配从(库) 不配主(库)

密码验证

master如果配置了requirepass参数，需要密码登录 ，那么slave就要配置masterauth来设置校验密码，否则的话master会拒绝slave的访问请求

从节点开启主从复制，有3种方式：

• 修改配置文件启动

   slaveof <masterip> <masterport>    旧版本                            
  ​replicaof <masterip> <masterport>   新版本 

• 启动命令增加参数启动

  redis-server启动命令后加入 --slaveof <masterip> <masterport> 

• 客户端启动后输入命令：

  每次与master断开之后，都需要重新连接，除非你配置进了redis.conf文件；在运行期间修改slave节点的信息，如果该数据库已经是某个主数据库的从数据库，那么会停止和原主数据库的同步关系转而和新的主数据库同步，重新拜码头

  slaveof <masterip> <masterport>

• 查看复制节点的主从关系和配置信息

  info replication

• 停止与其他数据库的同步

  slaveof no one

  5.主从复制的常用相关配置

  从数据库配置

• slaveof/replicaof <masterip> <masterport>： slave实例需要配置该项，指向master的（ip, port）

• masterauth <master-password>： 如果master实例启用了密码保护，则该配置项需填master的启动密码；若master未启用密码，该配置项需要注释掉

• slave-serve-stale-data/replica-serve-stale-data：指定slave与master连接中断时的动作。默认为yes，表明slave会继续应答来自client的请求，但这些数据可能已经过期（因为连接中断导致无法从master同步）。若配置为no，则slave除正常应答"INFO"和"SLAVEOF"命令外，其余来自客户端的请求命令均会得到"SYNC with master in progress"的应答，直到该slave与master的连接重建成功或该slave被提升为master

• slave-read-only/replica-read-only：指定slave是否只读，默认为yes。若配置为no，这表示slave是可写的，但写的内容在主从同步完成后会被删掉

• repl-disable-tcp-nodelay：指定向slave同步数据时，是否禁用socket的NO_DELAY选项。若配置为yes，则禁用NO_DELAY，则TCP协议栈会合并小包统一发送，这样可以减少主从节点间的包数量并节省带宽，但会增加数据同步到slave的时间。若配置为no，表明启用NO_DELAY，则TCP协议栈不会延迟小包的发送时机，这样数据同步的延时会减少，但需要更大的带宽。通常情况下，应该配置为no以降低同步延时，但在主从节点间网络负载已经很高的情况下，可以配置为yes

• slave-priority：指定slave的优先级。在不只1个slave存在的部署环境下，当master宕机时，Redis Sentinel会将priority值最小的slave提升为master。需要注意的是，若该配置项为0，则对应的slave永远不会被Redis Sentinel自动提升为master

6.主从复制进阶常见问题解决

6.1 读写分离

读流量分摊到从节点。这是个非常好的特性，如果一个业务只需要读数据，那么我们只需要连一台 slave 从机读数据。虽然读写有优势，能够让读这部分分配给各个 slave 从机，如果不够，直接加 slave 机器就好了。但是也会出现以下问题

• 复制数据延迟

  可能会出现 slave 延迟导致读写不一致等问题，当然你也可以使用监控偏移量 offset，如果 offset 超出范围就切换到 master 上,逻辑切换，而具体延迟多少，可以通过 info replication 的 offset 指标进行排查。

  对于无法容忍大量延迟场景，可以编写外部监控程序监听主从节点的复制偏移量，当延迟较大时触发报警或者通知客户端避免读取延迟过高的从节点

  同时从节点的slave-serve-stale-data参数也与此有关，它控制这种情况下从节点的表现：如果为yes（默认值），则从节点仍能够响应客户端的命令；如果为no，则从节点只能响应info、slaveof等少数命令。该参数的设置与应用对数据一致性的要求有关；如果对数据一致性要求很高，则应设置为no。

• 从节点故障问题

  对于从节点的故障问题，需要在客户端维护一个可用从节点可用列表，当从节点故障时，立刻切换到其他从节点或主节点，之后讲解redis Cluster 时候可以解决这个问题

6.2配置不一致

主机和从机不同，经常导致主机和从机的配置不同，并带来问题

主机和从机有时候会发生配置不一致的情况，例如 maxmemory 不一致，如果主机配置 maxmemory 为8G，从机 slave 设置为4G，这个时候是可以用的，而且还不会报错。但是如果要做高可用，让从节点变成主节点的时候，就会发现数据已经丢失了，而且无法挽回

6.3规避全量复制

全量复制指的是当 slave 从机断掉并重启后，runid 产生变化而导致需要在 master 主机里拷贝全部数据。这种拷贝全部数据的过程非常耗资源。

全量复制是不可避免的，例如第一次的全量复制是不可避免的，这时我们需要选择小主节点，且maxmemory 值不要过大，这样就会比较快。同时选择在低峰值的时候做全量复制。

造成全量复制的原因

• 主从机的运行 runid 不匹配 主节点如果重启，runid 将会发生变化。如果从节点监控到 runid 不是同一个，它就会认为你的节点不安全。当发生故障转移的时候，如果主节点发生故障，那么从机就会变成主节点。我们会在后面讲解哨兵和集群

• 复制缓冲区空间不足 比如默认值1M，可以部分复制。但如果缓存区不够大的话，首先需要网络中断，部分复制就无法满足。其次需要增大复制缓冲区配置（relbacklogsize），对网络的缓冲增强。为了解决这个问题，Redis提供了debug reload的重启方式：重启后，主节点的runid和offset都不受影响，避免了全量复制

• 复制风暴 当一个主机下面挂了很多个 slave 从机的时候，主机 master 挂了，这时 master 主机重启后，因为 runid 发生了变化，所有的 slave 从机都要做一次全量复制。这将引起单节点和单机器的复制风暴，开销会非常大，可以采用树状结构降低多个从节点对主节点的消耗

6.4单机器的复制风暴

由于 Redis 的单线程架构，通常单台机器会部署多个 Redis 实例。当一台机器（machine）上同时部署多个主节点（master）时，如果每个 master 主机只有一台 slave 从机，那么当机器宕机以后，会产生大量全量复制。这种情况是非常危险的情况，带宽马上会被占用，会导致不可用。

应该把主节点尽量分散在多台机器上，避免在单台机器上部署过多的主节点。 当主节点所在机器故障后提供故障转移机制，避免机器恢复后进行密集的全量复制

6.5 主机宕机后 从机不会自动上位

默认情况下，不会在slave节点中自动选一个master，需要人工干预

7全量复制和部分复制

7.1全量复制和部分复制的概念

全量复制：用于初次复制或其它无法进行部分复制的情况，将主节点中的所有数据都发送给从节点，是一个非常重型的操作，当数据量较大时，会对主从节点和网络造成很大的开销

部分复制：用于处理在主从复制中因网络闪断等原因造成的数据丢失场景，当从节点再次连上主节点后，如果条件允许，主节点会补发丢失数据给从节点。因为补发的数据远远小于全量数据，可以有效避免全量复制的过高开销，需要注意的是，如果网络中断时间过长，造成主节点没有能够完整地保存中断期间执行的写命令，则无法进行部分复制，仍使用全量复制

复制偏移量：参与复制的主从节点都会维护自身复制偏移量。主节点（master）在处理完写入命令后，会把命令的字节长度做累加记录，统计信息在 info relication 中的master_repl_offset 指标中

从节点（slave）每秒钟上报自身的复制偏移量给主节点，因此主节点也会保存从节点的复制偏移量

从节点在接收到主节点发送的命令后，也会累加记录自身的偏移量。统计信息在 info relication 中的 slave_repl_offset

偏移量的作用非常大，它是用来衡量主从节点数据是否一致的唯一标准，如果主从节点的 offset 相等，表明数据一直，否则表明数据不一致。在不一致的情况下，可以根据两个节点的 offset 找出从节点的缺少的那部分数据。比如，主节点的 offset 是 500，从节点的 offset 是 400，那么主节点在进行数据传输时只需要将 401 ~ 500 传递给从节点即可，这就是部分复制。 ​

复制积压缓冲区 ：复制积压缓冲区是保存在主节点上的一个固定长度的队列，先进先出 ，配置参数为： repl-backlog-size， 默认大小为1MB，当主节点有连接的从节点（slave）时被创建，这时主节点（master）响应写命令时，不但会把命令发送给从节点，还会写入复制积压缓冲区。

在命令传播阶段，主节点除了将写命令发送给从节点，还会发送一份给复制积压缓冲区，作为写命令的备份；除了存储写命令，复制积压缓冲区中还存储了其中的每个字节对应的复制偏移量(offset) 。由于复制积压缓冲区定长且先进先出，所以它保存的是主节点最近执行的写命令；时间较早的写命令会被挤出缓冲区

由于缓冲区长度固定且有限，因此可以备份的写命令也有限，当主从节点offset的差距过大超过缓冲区长度时，将无法执行部分复制，只能执行全量复制。反过来说，为了提高网络中断时部分复制执行的概率，可以根据需要增大复制积压缓冲区的大小(通过配置repl-backlog-size)来设置；例如如果网络中断的平均时间是60s，而主节点平均每秒产生的写命令(特定协议格式)所占的字节数为100KB，则复制积压缓冲区的平均需求为6MB，保险起见，可以设置为12MB，来保证绝大多数断线情况都可以使用部分复制。

服务器运行ID(runid)：每个Redis节点(无论主从)，在启动时都会自动生成一个随机ID(每次启动都不一样)，由40个随机的十六进制字符组成；runid用来唯一识别一个Redis节点。

主从节点初次复制时，主节点将自己的runid发送给从节点，从节点将这个runid保存起来；当断线重连时，从节点会将这个runid发送给主节点；主节点根据runid判断能否进行部分复制：

如果从节点保存的runid与主节点现在的runid相同，说明主从节点之前同步过，主节点会继续尝试使用部分复制(到底能不能部分复制还要看offset和复制积压缓冲区的情况)

如果从节点保存的runid与主节点现在的runid不同，说明从节点在断线前同步的Redis节点并不是当前的主节点，只能进行全量复制。

7.2全量复制流程

• Redis 内部会发出一个同步命令，刚开始是 Psync 命令，Psync ? -1表示要求 master 主机同步数据

• 主机会向从机发送 runid 和 offset，因为 slave 并没有对应的 offset，所以是全量复制

• 从机 slave 会保存 主机master 的基本信息 save masterInfo

• 主节点收到全量复制的命令后，执行bgsave（异步执行），在后台生成RDB文件（快照），并使用一个缓冲区（称为复制缓冲区）记录从现在开始执行的所有写命令

• 主机send RDB 发送 RDB 文件给从机 从节点接收后保存在本地直接将其作为数据文件，如果从节点本地有 RDB 文件，则从节点会先清空 RDB 文件, 如果从节点还开启了 AOF，则还会进行 AOF 重写

• 发送缓冲区数据

• 刷新旧的数据，从节点在载入主节点的数据之前要先将老数据清除

• 加载 RDB 文件将数据库状态更新至主节点执行bgsave时的数据库状态和缓冲区数据的加载。

造成全量复制的原因

• 第一次建立主从连接进行数据同步是全量复制 不可避免

• 从节点发送 psync {runid} {offset} 时，runid 与当前主节点的 runid 不匹配则进行全量复制

• 从节点所需要同步数据的偏移量 offset 不在复制积压缓冲区中，也会进行全量复制

全量复制开销，主要有以下几项:

bgsave 时间

RDB 文件网络传输时间

从节点清空数据的时间

从节点加载 RDB 的时间

7.3部分复制流程

• 如果网络抖动（连接断开 connection lost）如果超过了 repl-timeout 时间，主节点会认为从节点出现故障不可达

• 主机master 还是会写 replbackbuffer（复制缓冲区）默认 1MB

• 从机slave 会继续尝试连接主机

• 从机slave 会把自己当前 runid 和偏移量传输给主机 master，并且执行 pysnc 命令同步

• 如果 master 发现你的偏移量是在缓冲区的范围内，就会返回 continue 命令，进行部分复制，否则进行全量复制

• 同步了 offset 的部分数据，所以部分复制的基础就是偏移量 offset。

7.4 redis是如何决定是全量复制还是部分复制

• 从节点将offset发送给主节点后，主节点根据offset和缓冲区大小决定能否执行部分复制：

如果offset偏移量之后的数据，仍然都在复制积压缓冲区里，则执行部分复制；

如果offset偏移量之后的数据已不在复制积压缓冲区中（数据已被挤出），则执行全量复制。

• 比较runid

当redis主从一方重启后，会比较runid 如果一致就会尝试部分复制，不一致就全量复制

8实战主从复制 -- 配置文件

8.1 虚拟机准备

角色	IP	端口
主服务器	192.168.211.128	6379
从服务器	192.168.211.129	6379
从服务器	192.168.211.130	6379

一主二仆

• 可以使用配置文件固定写死主从关系

  从机不能执行写命令 只能读

  从机首次连接是全量复制，后续是增量复制

  主机shutdown后 从机不动，原地待命，从机数据可以正常使用，等待主机重启归来

  主机shutdown后 主从关系依然存在，从机依旧是从机，主机回来后可以顺利复制

  某台从机down后，master继续，从机重启后依据偏移量继续复制 此时需要分析情况，有的情况需要全量复制

• 可以命使用令操作手动主从关系指令 salveof 主库IP 主库端口

用命令使用的话，从机重启后 主从关系就消失了

配置 VS 命令的区别，配置，持久稳定永久生效；命令，当成生效

薪火相传

• 上一个slave可以是下一个slave的master，slave同样可以接收其他slaves的连接和同步请求，那么该slave作为了链条中下一个的master,可以有效减轻主master的写压力

• 中途变更转向:会清除之前的数据，重新建立主从关系并拷贝最新的

• slaveof 新主库IP 新主库端口

作为主机的slaves依旧没有写命令的权限

反客为主

slaveof no one 使当前数据库停止与其他数据库的同步关系

8.2 主服务器配置文件

# 允许所有IP访问  也可以注释掉
bind 0.0.0.0# 端口号
port 6379# 开启保护模式  需要密码访问  bind注释后 可以设置no
protected-mode yes#日志
logfile "6379.log"# 日志级别  调试：debug 生产：notice
loglevel  debug# 日志路径
dir "/"# 设置访问密码
requirepass xxx# 设置主从复制密码  故障迁移时使用
# redis auth与主从复制密码需要一致
masterauth xxx

8.3 从服务器配置文件

# 允许所有IP访问
bind 0.0.0.0# 端口号
port 6379#日志
logfile "6379.log"# 日志级别  调试：debug 生产：notice
loglevel  debug #日志路径
dir "./"# 开启保护模式  需要密码访问
protected-mode yes# 识别主机
replicaof 192.168.1.75 6379# 主从复制密码 与主机一致
masterauth xxx# 设置访问密码  搭建哨兵时 主从密码配置一样
requirepass xxx

8.4 主从测试

# 主服务器
# 重启redis
127.0.0.1:6379> ./redis-server ./redis.conf# 登录redis
127.0.0.1:6379> ./redis-cli# 验证密码
127.0.0.1:6379> auth xxx# 查看复制信息
127.0.0.1:6379> info replication
# Replication
role:master
connected_slaves:2
slave0:ip=192.168.1.76,port=6379,state=online,offset=70,lag=0
slave1:ip=192.168.1.77,port=6379,state=online,offset=70,lag=1
master_replid:5861fb1a2a9792819e65791764f401cec0275d78
master_replid2:0000000000000000000000000000000000000000
master_repl_offset:70
second_repl_offset:-1
repl_backlog_active:1
repl_backlog_size:1048576
repl_backlog_first_byte_offset:1
repl_backlog_histlen:70# 从服务器查看复制信息
127.0.0.1:6379> info replication
# Replication
role:slave
master_host:192.168.1.75
master_port:6379
master_link_status:up
master_last_io_seconds_ago:0
master_sync_in_progress:0
slave_repl_offset:28
slave_priority:100
slave_read_only:1
connected_slaves:0
master_replid:5861fb1a2a9792819e65791764f401cec0275d78
master_replid2:0000000000000000000000000000000000000000
master_repl_offset:28
second_repl_offset:-1
repl_backlog_active:1
repl_backlog_size:1048576
repl_backlog_first_byte_offset:1
repl_backlog_histlen:28

8.5 断开主从配置或重新配置

# 客户端执行
slaveof no one# 关闭redis
shutdown#重启redis 或进行配置