✨ Redis主从复制

• 主从复制基本介绍
• • 主从复制认识
  • 主从复制作用
• 主从复制工作流程
• • 建立连接阶段
  • • 基本介绍
    • 相关命令
    • 搭建主从结构
  • 数据同步阶段
  • • 同步过程
    • 注意事项
  • 命令传播阶段
  • • 基本介绍
    • 命令传播阶段的部分复制
  • 服务器运行id(runid)
  • 复制缓冲区
  • 主从服务器复制偏移量（offset）
  • 数据同步+命令传播阶段工作流程
  • 心跳机制
  • 主从复制完整工作流程

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主从复制基本介绍

主从复制认识

在学习主从复制之前，我们先来了解一下什么是互联网的三高架构——高并发，高性能，高可用
1️⃣高并发:通常指的是系统能够同时并行处理很多请求。
2️⃣高性能:指程序处理速度非常快，所占内存少，cpu占用率低。高性能的指标经常和高并发的指标紧密相关，想要提高性能，那么就要提高系统发并发能力
3️⃣高可用:通常来描述一个系统经过专门的设计，从而减少停工时间，而保持其服务的高度可用性。高可用注意如果使用单机，一旦挂机将导致服务不可用，可以使用集群来代替单机，一台服务器挂了，还有其他后备服务器能够顶上。
🕶️那么，我们正在学习的redis是否高可用呢？
🔥单机redis是存在一些问题的，单机模式指的是缓存服务中只有一台redis，对我们的应用提供读写服务，这里因为只有一台redis所以它的缺点也是十分的明显，如果redis宕机的话，我们的redis也就没有办法提供服务了。单台redis的吞吐量也是比较低的。
📖为了避免单点redis服务器故障，我们可以准备多台服务器，互相连通，把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。

主从复制作用

• 读写分离：master写、slave读，提高服务器的读写负载能力
• 负载均衡(负载分担)：基于主从结构，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
• 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，是持久化之外的一种数据冗余方式
  • 热备份:指的是应用还在运行，对数据进行备份。优点是备份时不影响应用的运行，并且当应用出问题的时候，能够快速切换到灾备一体机，保障业务的连续。
  • 冷备份:指的是应用等处于非运行状态，对数据进行备份。优点就是不用担心联网状态下被勒索病毒等加密，可以保证数据的绝对安全。
  • 冷备份是对数据库进行脱机备份，在备份过程中用户无法访问数据库，但冷备份速度更快更安全。热备份也称为动态备份或在线备份，这种技术可以在系统正常运行时进行备份，并且可以备份正在使用或编辑的数据库。
• 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

1️⃣建立连接(slave连接master，因为一个master对应多个slave)
2️⃣数据同步
3️⃣命令传播

建立连接阶段

基本介绍

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

相关命令

搭建主从结构

我们这边因为要进行模拟，所以redis服务需要占用不同的端口，我们可以先把配置文件拷贝一份，然后对拷贝文件进行相关数据修改，就可以指定端口访问了。
把配置文件拷贝一份为redis-6379.conf，然后修改端口号为6379


我们如果想要在前台看到日志信息的话，就得把logfile给注释掉
配置文件拷贝另外一份为redis-6380.conf,把端口号改为6380，操作步骤和刚刚类似
接着，我们启动6379端口的redis服务

然后启动6380端口的redis服务


然后我们可以在6379和6380的redis服务中发现多了一些日志信息


master中存一些数据，然后看看在slave中能不能获取到数据


输入info可以查看主从复制的相关信息


在slave中输入 slaveof no one可以断开slave和master的连接

数据同步阶段

同步过程

数据同步阶段主要做了这么两件事情:
1️⃣在slave第一次连接master以后，复制master中的所有数据到slave
2️⃣把slave的数据库状态更新成为master当前的数据库状态

📖slave:拥有master的全部数据，包含RDB过程接收的数据
📖master:保存slave当前数据同步的位置
🔥因为在执行bgsave指令的时候，当时的快照是不包含缓冲区的指令的，所以需要同步这一部分的数据，也就是部分复制。master把缓冲区的那些指令发送给slave，slave恢复这部分数据，因为传输的是AOF指令，所以需要通过bgwriteof加速重写
🔥全量复制:一般用于初次复制场景，Redis早期支持的复制功能只有全量复制，它会把主节点全部数据一次性发送给从节点，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

注意事项

1️⃣如果master的数据量巨大的话，数据同步阶段要避免流量高峰期，防止导致master阻塞，影响业务正常执行
2️⃣如果复制缓冲区大小设定不合理，会导致数据移除，比如进行全量复制的周期太长的话，进行部分复制的时候发现数据存在丢失的情况，这样就必须进行二次全量复制，导致slave陷入死循环

3️⃣ 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
4️⃣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
5️⃣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
6️⃣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
7️⃣ 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。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

命令传播阶段

基本介绍

📖当master数据库状态被修改以后，就会导致主从服务器数据库状态不一致，此时，我们就需要让主从数据同步到一致的状态，同步的命动作称为命令传播
📖当master把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
1️⃣ 网络闪断闪连 忽略
2️⃣ 短时间网络中断 部分复制
3️⃣ 长时间网络中断 全量复制
部分复制的三个核心要素
1️⃣ 服务器的运行 id（run id）
2️⃣ 主服务器的复制积压缓冲区
3️⃣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的身份识别码，一台服务器多次运行可以生成多个运行id
• 组成：运行id由40位字符组成，是一个随机的十六进制字符
  例如：fdc9ff13b9bbaab28db42b3d50f852bb5e3fcdce
• 作用：运行id被用于在服务器间进行传输，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

复制缓冲区

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

• 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
• 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或被连接成为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

主从服务器复制偏移量（offset）

• 概念:用来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:发送一次记录一次
  • slave:接收一次记录一次
• 作用:同步信息，比对master和slave的差异，当slave断线以后用来恢复数据

数据同步+命令传播阶段工作流程

心跳机制

在命令传播阶段，master和slave需要进行数据交换，使用心跳机制可以实现二者连接保持在线

• master心跳
  • 指令:ping
  • 周期 ：由repl-ping-slave-period决定，默认10秒
  • 作用：判断slave是否在线
  • 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
  • 指令：REPLCONF ACK {offset}
  • 周期：1秒
  • 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
  • 作用2：判断master是否在线

主从复制完整工作流程