Redis主从复制机制详解

一、主从复制介绍

1、什么是主从复制？
主从复制示例

2、为什么要使用主从复制？

redis-server单点故障。
单节点QPS有限。

3、主从复制应用场景分析？
读写分离场景，规避redis单机瓶颈
故障切换，master出问题后还有slave节点可以使用

二、搭建主从复制

主节点以普通模式启动即可，从节点可以在命令行或者在配置文件中开启复制。

1、第一种方式：命令行

# 连接主redis服务器
replicaof[ip] [port]

2、第二种方式：修改从节点配置文件redis.conf

# 配置文件增加
replicaof[ip] [port]
# 从服务器是否只读,默认yes
replicaof-read-only yes

3、退出主从集群的方式

replicaof no one

4、副本进行master密码验证

当主节点有密码设置时，我们需要在从节点配置主节点的密码，进行连接认证。

命令行方式：

config set masterauth <password>

修改redis.conf配置文件：

masterauth <password>

5、限制master主节点写请求
从Redis2.8开始，支持配置只有当至少N个副本连接上master时，master才接收写请求。因为Redis使用的是异步复制，所有不能确保副本实际能接收到给定的命令写入，会有一定的数据丢失窗口。

异步复制流程如下：

Redis副本每秒ping一次master，确认处理的偏移量。
Redis master会记住每个副本ping的最后时间。
用户可以配置ping延迟不超过指定秒数的最小副本数。

如果有至少N个副本连上master，且ping的延迟小于M秒，那么写请求会被接收，否则会回复错误，该特性的配置参数如下：

min-replicas-to-write <number of replicas>
min-replicas-max-lag <number of seconds>

备注：这里的副本就是从节点，master就是主节点。

6、查看主从复制信息

info replication

三、主从复制流程

主动复制流程图

从服务器通过psync命令发送旧的主服务器Replication ID和处理的偏移量。
master收到请求后，如果发送的Replication ID为当前master的，则根据当前偏移量增量同步。
如果副本发送的Replication ID为非当前master的，则进入全量同步：master通过bgsave生成rdb，通过网络传输到副本，副本再加载到内存中(此过程会阻塞)。

四、关于Replication ID

1、Replication ID是什么

Replication ID代表数据集的历史记录，每次master重启或者副本晋升为master，会生成新的Replication ID。副本在与master握手后会继承master的Replication ID。

2、为什么Redis实例会有两个Replication ID

因为副本会晋升为master，故障转移后，晋升的副本仍需记住过去的Replication ID(即前master的ID)，新的master会生成一个新的Replication ID作为主ID，旧master的ID作为次ID。

当其它副本与新master进行同步时，副本会用旧master的Replication ID带上偏移量进行部分复制，而不是全量复制。

3、为什么晋升的副本需要修改Replication ID

旧master由于网络分区(无法与其它Redis实例通信)，可能仍在充当master的角色，如果晋升的新master继续使用旧master的Replication ID，会违反任意两个具有相同ID和offset的Redis实例有相同数据集的事实。

简而言之，新master和旧master的Repilcation ID和offset虽然都相同，但由于网络分区，晋升为新master的副本与旧master偏移量不一致。

当新master偏移量增长到与旧master相同时，此时数据并不一定一致，而Replication ID和offset是标识唯一数据集的。

五、主从复制核心知识

Redis默认使用异步复制，从节点和master之间异步确认处理的数据量。
一个master可以拥有多个从节点。
从节点可以接受其它从节点的连接，从节点可以有下级子从节点。
主从同步过程在master侧是非阻塞的，当一个或多个从节点进行初始全量同步或者部分同步，master仍然能处理查询请求。
从节点端大部分情况下也是非阻塞的，当从节点进行初始全量同步时，仍然能用旧的数据集处理查询请求(可在配置文件中配置)。
从节点初次同步需要删除旧数据，加载新数据，加载新数据集的过程中会阻塞到来的连接请求。

六、主从复制应用场景

主从复制可以用来支持读写分离。
从节点服务器设定为只读，可以用在数据安全的场景下。
可以使用主从复制来避免master持久化造成的开销。master关闭持久化，从节点配置为不定期保存或是启用AOF。(注意：重新启动的master将从一个空数据集开始，作为从节点重新同步主节点数据，此时该节点数据也会被清空)

七、主从复制的注意事项

1、读写分离场景

数据复制延时导致读到获取数据或者读不到数据(网络原因、从节点阻塞)。
从节点故障。

2、全量复制情况下

第一次建立主从关系或者Replication ID不匹配会导致全量复制。
故障转移的时候也会出现全量复制。

3、复制风暴

master故障重启，如果从节点比较多，所有从节点都要复制，对服务器的性能，网络的压力都有很大影响。
如果一个机器部署了多个master。

4、写能力有限

主从复制还是只有一台master，提供的写能力有限。

5、master故障情况下

如果是master无持久化，从节点开启持久化来保留数据的场景，建议不要配置redis自动重启。
启动redis自动重启，master启动后，无备份数据，可能导致集群数据丢失的情况（备注：可以通过哨兵高可用机制实现进行自动切主）

6、带有效期的key

从节点不会让key过期，而是等待master让key过期，过期后master会向从节点发送DEL命令。
在Lua脚本执行期间，不执行任何key过期操作。

八、读写分离实战

@Configuration
public class ReadWriteSeperationConfig {

 @Bean
 public LettuceConnectionFactory redisConnectionFactory() {
  LettuceClientConfiguration clientConfig = LettuceClientConfiguration.builder()
   .readFrom(ReadFrom.REPLICA_PREFERRED)
   .build();
   // 地址和端口可以是master实例和可以是replica实例的
  RedisStandaloneConfiguration serverConfig = new RedisStandaloneConfiguration("127.0.0.1", 6379);
  serverConfig.setPassword("lyl");
  return new LettuceConnectionFactory(serverConfig, clientConfig);
 }
}

备注：读写分离目前有Lettuce和Redisson客户端等支持，Jedis是不支持的。

客户端可通过info replication命令知道哪台机器是master，哪台是从节点，然后将写命令分发到master，读命令分发到从节点。
info replication命令返回内容如下：

# Replication
role:master
connected_slaves:1
slave0:ip=122.51.55.180,port=6379,state=online,offset=515783,lag=1
master_replid:2b30a3ace7a265ed5e9afcdc6925cd26cddb8ba5
master_replid2:0000000000000000000000000000000000000000
master_repl_offset:515783
second_repl_offset:-1
repl_backlog_active:1
repl_backlog_size:1048576
repl_backlog_first_byte_offset:1
repl_backlog_histlen:515783

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