文章目录

  • 数据复制
  • 配置
  • 建立复制
  • 断开连接
  • 切换主节点
  • 安全
  • 主节点配置requirepass的方法
  • 客户端访问
  • 从服务器访问
  • 只读
  • 传输延迟
  • 复制原理
  • 数据同步
  • 全量复制
  • 部分复制
  • 复制偏移量
  • 复制积压缓冲区
  • 主节点运行ID
  • psync
  • 拓扑结构
  • 一主一从
  • 一主多从
  • 树状主从结构


数据复制

配置

建立复制

参与复制的Redis实例划分为主节点（master）和从节点（slave）。默认情况下，Redis都是主节点。每个从节点只能有一个主节点，而主节点可以同时具有多个从节点。复制的数据流是单向的，只能由主节点复制到从节点。配置复制的方式有以下三种：

  • 在配置文件中加入slaveof {masterHost} {masterPort}随Redis启动生效。
  • 在redis-server启动命令后加入--slaveof {masterHost} {masterPort}生效。
  • 直接使用命令：slaveof {masterHost} {masterPort}生效。

slaveof本身是异步命令，执行slaveof命令时，节点只保存主节点信息后返回，后续复制流程在节点内部异步执行
主从节点复制成功建立后，可以使用info replication命令查看复制相关状态。

断开连接

执行slaveof no one命令断开与主节点连接，断开复制后不会抛弃原有数据。

  1. 断开与主节点复制关系
  2. 从节点晋升为主节点
切换主节点

slaveof {newMasterIp} {newMasterPort} 切换主节点流程：

  1. 断开与旧主节点复制关系
  2. 与新主节点建立复制关系
  3. 删除从主节点当前数据
  4. 对新主节点进行复制操作

切主后从节点会清空之前所有的数据，线上人工操作时小心slaveof在错误的节点上执行或者指向错误的主节点。

安全

对于数据比较重要的节点，主节点会通过设置requirepass参数进行密码验证，这时所有的客户端访问必须使用auth命令实行校验。从节点与主节点的复制连接是通过一个特殊标识的客户端来完成，因此需要配置从节点的masterauth参数与主节点密码保持一致，这样从节点才可以正确地连接到主节点并发起复制流程。

主节点配置requirepass的方法
  1. 通过配置文件配置：

redis hash 复制到另一个 hash_服务器



  1. 通过客户端设置CONFIG SET requirepass {pwd}

redis hash 复制到另一个 hash_redis主从数据复制_02


客户端访问

redis服务器配置requirepass后，客户端直接使用会出错：(error) NOAUTH Authentication required.

redis hash 复制到另一个 hash_服务器_03


需要使用auth命令：auth {pwd}

redis hash 复制到另一个 hash_服务器_04


也可以在登录时设置参数：-a {pwd}

从服务器访问

主节点设置requirepass后，从节点执行redis-server --port {port} --slaveof {marsterIp} {masterPort} &会打印异常：

redis hash 复制到另一个 hash_数据_05


需要使用masterauth参数进行认证：redis-server --port {port} --slaveof {marsterIp} {masterPort} --masterauth {pwd} &

redis hash 复制到另一个 hash_redis主从数据复制_06

只读

默认情况下，从节点使用slave-read-only=yes配置为只读模式。由于复制只能从主节点到从节点，对于从节点的任何修改主节点都无法感知，修改从节点会造成主从数据不一致。因此建议线上不要修改从节点的只读模式。

传输延迟

主从节点一般部署在不同机器上，复制时的网络延迟就成为需要考虑的问题，Redis为我们提供了repl-disable-tcp-nodelay参数用于控制是否关闭TCP_NODELAY，默认关闭，说明如下：

  • 当关闭时，主节点产生的命令数据无论大小都会及时地发送给从节点，这样主从之间延迟会变小，但增加了网络带宽的消耗。适用于主从之间的网络环境良好的场景，如同机架或同机房部署。
  • 当开启时，主节点会合并较小的TCP数据包从而节省带宽。默认发送时间间隔取决于Linux的内核，一般默认为40毫秒。这种配置节省了带宽但增大主从之间的延迟。适用于主从网络环境复杂或带宽紧张的场景，如跨机房部署。

部署主从节点时需要考虑网络延迟、带宽使用率、防灾级别等因素，如要求低延迟时，建议同机架或同机房部署并关闭repl-disable-tcp-nodelay；如果考虑高容灾性，可以同城跨机房部署并开启repl-disable-tcp-nodelay。

复制原理

在从节点执行slaveof命令后，复制过程便开始运作:

redis hash 复制到另一个 hash_redis主从数据复制_07




redis hash 复制到另一个 hash_redis主从数据复制_08

redis hash 复制到另一个 hash_数据_09



  2. 保存主节点(master)信息，执行slaveof后从节点只保存主节点的地址信息便直接返回，这时建立复制流程还没有开始。

    3. redis hash 复制到另一个 hash_服务器_10

  4. 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。
    从节点会建立一个socket套接字，专门用于接受主节点发送的复制命令。
    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。

    5. redis hash 复制到另一个 hash_服务器_11

  5. 连接建立成功后从节点发送ping请求进行首次通信，ping请求主要目的如下：
  • 检测主从之间网络套接字是否可用。
  • 检测主节点当前是否可接受处理命令。

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。

redis hash 复制到另一个 hash_redis_12

  1. 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，从下图分析，会从第2步（建立socket连接）重新开始。


redis hash 复制到另一个 hash_redis主从数据复制_13


  1. 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。
  2. 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。

数据同步

Redis在2.8及以上版本使用psync命令完成主从数据同步。

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。

复制偏移量

redis hash 复制到另一个 hash_redis_14


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。

redis hash 复制到另一个 hash_redis主从数据复制_15


主节点会保存从节点（slave）每秒钟上报的复制偏移量offset：

redis hash 复制到另一个 hash_服务器_16



  • 从节点（slave）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指标中。


redis hash 复制到另一个 hash_数据_17

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先进先出的定长队列，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，用于部分复制和复制命令丢失的数据补救。

redis hash 复制到另一个 hash_redis主从数据复制_18


复制缓冲区相关统计信息保存在主节点的info replication中：

//开启复制缓冲区

repl_backlog_active:1

//缓冲区最大长度

repl_backlog_size:1048576

//起始偏移量，计算当前缓冲区可用范围

repl_backlog_first_byte_offset:604534

//已保存数据的有效长度

repl_backlog_histlen:36428

主节点运行ID

每个Redis节点启动后都会动态分配一个40位的十六进制字符串作为运行ID。 运行ID的主要作用是用来唯一识别Redis节点， 比如从节点保存主节点的运行ID识别自己正在复制的是哪个主节点。 如果只使用ip+port的方式识别主节点， 那么主节点重启变更了整体数据集（如替换RDB/AOF文件），从节点再基于偏移量复制数据将是不安全的， 因此当运行ID变化后从节点将做全量复制。 可以运行info server命令查看当前节点的运行ID：

redis hash 复制到另一个 hash_数据_19

psync

从节点使用psync命令完成部分复制和全量复制功能，命令格式：psync {runId} {offset}，参数含义如下：

  • runId：从节点所复制主节点的运行id。
  • offset：当前从节点已复制的数据偏移量。

调用方法有两种：

  • 如果从服务器以前没有复制过任何主服务器，或者没有执行过slaveof no one命令断开与主服务器的复制关系，或者没有切换新的主服务器，那么从服务器在开始一次新的复制时将向主服务器发送sync ? -1命令，执行全部复制。
  • 如果从服务器已经复制过某个主服务器且复制关系没有断开过，那么从服务器在开始一次新的复制时，将向主服务器发送psync {runId} {offset}命令。接收到这个命令的主服务器会通过这两个参数来判断对从服务器执行那种同步操作：
  • 如果回复+FULLRESYNC {runId} {offset}，那么从节点将触发全量复制流程。
  • 如果回复+CONTINUE，从节点将触发部分复制流程。
  • 如果回复+ERR，说明主节点版本低于Redis2.8，无法识别psync命令，从节点将发送旧版的sync命令触发全量复制流程。

redis hash 复制到另一个 hash_数据_20


redis hash 复制到另一个 hash_服务器_21



拓扑结构

一主一从

redis hash 复制到另一个 hash_数据_22

一主一从结构是最简单的复制拓扑结构，用于主节点出现宕机时从节点提供故障转移支持。当应用写命令并发量较高且需要持久化时，可以只在从节点上开启AOF，这样既保证数据安全性同时也避免了持久化对主节点的性能干扰。但需要注意的是，当主节点关闭持久化功能时，如果主节点脱机要避免自动重启操作。因为主节点之前没有开启持久化功能自动重启后数据集为空，这时从节点如果继续复制主节点会导致从节点数据也被清空的情况，丧失了持久化的意义。安全的做法是在从节点上执行slaveof no one断开与主节点的复制关系，再重启主节点从而避免这一问题。

一主多从

redis hash 复制到另一个 hash_服务器_23

一主多从结构（又称为星形拓扑结构）使得应用端可以利用多个从节点实现读写分离。对于读占比较大的场景，可以把读命令发送到从节点来分担主节点压力。同时在日常开发中如果需要执行一些比较耗时的读命令，如：keys、sort等，可以在其中一台从节点上执行，防止慢查询对主节点造成阻塞从而影响线上服务的稳定性。对于写并发量较高的场景，多个从节点会导致主节点写命令的多次发送从而过度消耗网络带宽，同时也加重了主节点的负载影响服务稳定性。

树状主从结构

redis hash 复制到另一个 hash_redis_24


树状主从结构（又称为树状拓扑结构）使得从节点不但可以复制主节点数据，同时可以作为其他从节点的主节点继续向下层复制。通过引入复制中间层，可以有效降低主节点负载和需要传送给从节点的数据量。数据写入节点A后会同步到B和C节点，B节点再把数据同步到D和E节点，数据实现了一层一层的向下复制。当主节点需要挂载多个从节点时为了避免对主节点的性能干扰，可以采用树状主从结构降低主节点压力。