主从复制
引入：
互联网“三高”架构 ：高并发，高性能，高可用
单机redis的风险与问题 ：
- 机器故障导致数据丢失，很可能对业务造成灾难性打击
- 容量瓶颈
结论： 为了避免单点Redis服务器故障，准备多台服务器，互相连通。将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。
主从复制简介
内容：主从复制即将master中的数据即时、有效的复制到slave中
特征：一个master可以拥有多个slave，一个slave只对应一个master
master:
- 写数据
- 执行写操作时，将出现变化的数据自动同步到slave
- 读数据（可忽略）
slave：
- 读数据
- 写数据（禁止）
主从复制的作用 ：
- 读写分离：master写、slave读，提高服务器的读写负载能力
- 负载均衡：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
- 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
总述： 主从复制过程大体可以分为3个阶段
- 建立连接阶段（即准备工作）
- 数据同步阶段
- 命令传播阶段
阶段一：建立连接阶段
建立slave到master的连接，使master能够识别slave，并保存slave端口号
建立连接阶段工作流程 ：
主从连接（slave连接master） ：
1、方式一：客户端发送命令
slaveof <masterip> <masterport>2、 方式二：slave启动服务器参数
redis-server -slaveof <masterip> <masterport>3、方式三：slave配置文件添加
slaveof <masterip> <masterport>主从断开连接 ：
slave客户端发送命令 ：
slaveof no one说明： slave断开连接后，不会删除已有数据，只是不再接受master发送的数据
授权访问 :
1、master客户端发送命令设置密码 :
requirepass <password>2、master配置文件设置密码 ：
config set requirepass <password>
config get requirepass3、slave客户端发送命令认证master的密码
auth <password>4、 slave配置文件设置认证master的密码
masterauth <password>5、slave启动服务器设置密码
redis-server –a <password>阶段二：数据同步阶段工作流程
作用：
- 在slave初次连接master后，复制master中的所有数据到slave
- 将slave的数据库状态更新成master当前的数据库状态
工作流程：
数据同步阶段master说明 ：
- 如果master数据量巨大，数据同步阶段应避开流量高峰期，避免造成master阻塞，影响业务正常执行
- 复制积压缓冲区大小设定不合理，会导致数据溢出。如进行全量复制周期太长，进行部分复制时发现数据已 经存在丢失的情况，必须进行第二次全量复制，致使slave陷入死循环状态。
repl-backlog-size 1mb #可以在配置文件中设置复制积压缓冲区大小- 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
数据同步阶段slave说明 ：
- 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 #关闭slave对外服务- 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
- 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
- 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
阶段三：命令传播阶段
作用：
- 当master数据库状态被修改后，导致主从服务器数据库状态不一致，此时需要让主从数据同步到一致的 状态，同步的动作称为命令传播
- master将接收到的数据变更命令发送给slave，slave接收命令后执行命令
命令传播阶段出现了断网现象 ：
- 网络闪断闪连 ：忽略
- 短时间网络中断 ：部分复制
- 长时间网络中断 ：全量复制
部分复制的三个核心要素 ：
- 服务器的运行 id（run id）
- 主服务器的复制积压缓冲区
- 主从服务器的复制偏移量
1、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
2、复制积压缓冲区：
- 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
3、主从服务器复制偏移量（offset）：
- 概念：一个数字，描述复制缓冲区中的指令字节位置
- 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）
- 作用：同步信息，比对master与slave的差异，当slave断线后，恢复数据使用
- 数据来源：
- master端：发送一次记录一次
- slave端：接收一次记录一次
数据同步+命令传播阶段工作流程
心跳机制
进入命令传播阶段候，master与slave间需要进行信息交换，使用心跳机制进行维护，实现双方连接保持在线
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
心跳阶段注意事项 ：
- 当slave多数掉线，或延迟过高时，master为保障数据稳定性，将拒绝所有信息同步操作
#slave数量少于2个，或者所有slave的延迟都大于等于10秒时，强制关闭master写功能，停止数据同步
min-slaves-to-write 2
min-slaves-max-lag 8- slave数量由slave发送REPLCONF ACK命令做确认
- slave延迟由slave发送REPLCONF ACK命令做确认
主从复制工作流程
主从复制常见问题
频繁的全量复制情况一
伴随着系统的运行，master的数据量会越来越大，一旦master重启，runid将发生变化，会导致全部slave的 全量复制操作
内部优化调整方案（不需要手动设置）：
- master内部创建master_replid变量，使用runid相同的策略生成，长度41位，并发送给所有slave
- 在master关闭时执行命令 shutdown save，进行RDB持久化,将runid与offset保存到RDB文件中
- repl-id repl-offset
- 通过redis-check-rdb命令可以查看该信息
- master重启后加载RDB文件，恢复数据 重启后，将RDB文件中保存的repl-id与repl-offset加载到内存中
- master_repl_id = repl master_repl_offset = repl-offset
- 通过info命令可以查看该信息
作用：本机保存上次runid，重启后恢复该值，使所有slave认为还是之前的master
频繁的全量复制情况二
- 问题现象 ： 网络环境不佳，出现网络中断，slave不提供服务
- 问题原因 ： 复制缓冲区过小，断网后slave的offset越界，触发全量复制
- 最终结果 : slave反复进行全量复制
- 解决方案 : 修改复制缓冲区大小
repl-backlog-size- 建议设置如下值：
- 测算从master到slave的重连平均时长second
- 获取master平均每秒产生写命令数据总量write_size_per_second
- 最优复制缓冲区空间 = 2 * second * write_size_per_second
频繁的网络中断情况一
- 问题现象 ：master的CPU占用过高 或 slave频繁断开连接
- 问题原因 ：
- slave需要每1秒发送REPLCONF ACK命令到master
- 当slave接到了慢查询时（keys * ，hgetall等），会大量占用CPU性能
- master每1秒调用复制定时函数replicationCron()，比对slave发现长时间没有进行响应
- 最终结果： master各种资源（输出缓冲区、带宽、连接等）被严重占用
- 解决方案 ： 通过设置合理的超时时间，确认是否释放slave
#该参数定义了超时时间的阈值（默认60秒），超过该值，释放slave
repl-timeout频繁的网络中断情况二
- 问题现象 ： slave与master连接断开
- 问题原因
- master发送ping指令频度较低
- master设定超时时间较短
- ping指令在网络中存在丢包
- 解决方案 ： 提高ping指令发送的频度
#超时时间repl-time的时间至少是ping指令频度的5到10倍，否则slave很容易判定超时
repl-ping-slave-period数据不一致
- 问题现象 ： 多个slave获取相同数据不同步
- 问题原因 ： 网络信息不同步，数据发送有延迟
- 解决方案
- 优化主从间的网络环境，通常放置在同一个机房部署，如使用阿里云等云服务器时要注意此现象
- 监控主从节点延迟（通过offset）判断，如果slave延迟过大，暂时屏蔽程序对该slave的数据访问
#开启后仅响应info、slaveof等少数命令（慎用，除非对数据一致性要求很高）
slave-serve-stale-data yes|no哨兵模式
哨兵简介
哨兵(sentinel) 是一个分布式系统，用于对主从结构中的每台服务器进行监控，当出现故障时通过投票机制选择新的 master并将所有slave连接到新的master。
哨兵的作用:
- 监控 ：不断的检查master和slave是否正常运行。 master存活检测、master与slave运行情况检测
- 通知（提醒）： 当被监控的服务器出现问题时，向其他（哨兵间，客户端）发送通知。
- 自动故障转移： 断开master与slave连接，选取一个slave作为master，将其他slave连接到新的master，并告知客户端新的服 务器地址
注意： 哨兵也是一台redis服务器，只是不提供数据服务 通常哨兵配置数量为单数 （便于选举）
启用哨兵模式
配置哨兵：
- 配置一拖二的主从结构
- 配置三个哨兵（配置相同，端口不同） 参看sentinel.conf
- 启动哨兵
redis-sentinel sentinel端口号 .conf哨兵配置信息 ：
哨兵工作原理
哨兵在进行主从切换过程中经历三个阶段
- 监控
- 通知
- 故障转移
阶段一：监控阶段
每个sentinel与master，slave和其他sentinel建立连接并相互传递信息
阶段二：通知阶段
sentinel不断向master和slave发送信息，获取它们当前的状态。并将接收到的状态信息发送而给其他sentinel
阶段三：故障转移阶段
当一个sentinel发现当前master无响应时，它会通知其他sentinel。其他sentinel也会向matser发送信息判断其是否宕机，如果达到一定数量判定master已经宕机，开始推选负责人阶段。
推选负责人阶段就是每个sentinel会向其他sentinel发送信息，它会将票投给返回它最快的那个sentinel。当某个sentinel得到的票数达到一定数量之后，它就成为负责故障转移的sentinel。如果都不够一定数量，则继续进行下一轮。
之后这个sentinel，会根据下图中所示的优先级选出，一个slave作为master，并更新其他slave的matser地址。
总结
- 监控 ： 同步信息
- 通知 ： 保持联通
- 故障转移 ：
- 发现问题
- 竞选负责人
- 优选新master
- 新master上任，其他slave切换master，原master作为slave故障回复后连接
