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Redis主從架構(gòu)

單機(jī)的redis，能夠承載的QPS大概就在上萬到幾萬不等。對于緩存來說，一般都是用來支撐讀高并發(fā)的。因此架構(gòu)做成主從(master-slave)架構(gòu)，一主多從，主負(fù)責(zé)寫，并且將數(shù)據(jù)復(fù)制到其它的奴隸節(jié)點(diǎn)，從節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)讀。所有的讀請求全部走從節(jié)點(diǎn)。這樣也可以很輕松實(shí)現(xiàn)水平擴(kuò)容，支撐讀高并發(fā)。

redis replication - >主從架構(gòu) - >讀寫分離 - >水平擴(kuò)容支撐讀高并發(fā)

redis replication的核心機(jī)制

• redis采用異步方式復(fù)制數(shù)據(jù)到slave節(jié)點(diǎn)，不過redis2.8開始，slave node會周期性地確認(rèn)自己每次復(fù)制的數(shù)據(jù)量;
• 一個主節(jié)點(diǎn)是可以配置多個slave node的;
• slave node也可以連接其他的slave節(jié)點(diǎn);
• slave node做復(fù)制的時(shí)候，不會阻塞主節(jié)點(diǎn)的正常工作;
• 奴隸節(jié)點(diǎn)在做復(fù)制的時(shí)候，也不會阻止對自己的查詢操作，它會用舊的數(shù)據(jù)集來提供服務(wù);但是復(fù)制完成的時(shí)候，需要刪除舊數(shù)據(jù)集，加載新數(shù)據(jù)集，這個時(shí)候就會暫停對外服務(wù)了;
• slave node主要用來進(jìn)行橫向擴(kuò)容，做讀寫分離，擴(kuò)展的slave node可以提高讀的吞吐量。

注意，如果采用了主從架構(gòu)，那么建議必須開啟主節(jié)點(diǎn)的持久化，不建議用從節(jié)點(diǎn)作為主節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)熱備，因?yàn)槟菢拥脑挘绻汴P(guān)掉master的持久化，可能在主宕機(jī)重啟的時(shí)候數(shù)據(jù)是空的，然后可能一經(jīng)過復(fù)制，slave node的數(shù)據(jù)也丟了。

另外，master的各種備份方案，也需要做。萬一本地的所有文件丟失了，從備份中挑選一份rdb去恢復(fù)master，這樣才能確保啟動的時(shí)候，是有數(shù)據(jù)的，即使采用了后續(xù)講解的高可用機(jī)制，slave node可以自動接管master node，但也可能sentinel還沒檢測到master failure，master node就自動重啟了，還是可能導(dǎo)致上面所有的slave node數(shù)據(jù)被清空。

redis主從復(fù)制的核心原理

當(dāng)啟動一個slave node的時(shí)候，它會發(fā)送一個PSYNC命令給主節(jié)點(diǎn)。

如果這是奴隸節(jié)點(diǎn)初次連接到主節(jié)點(diǎn)，那么會觸發(fā)一次full resynchronization全量復(fù)制。此時(shí)主會啟動一個后臺線程，開始生成RDB一份快照文件，同時(shí)還會將從客戶端客戶端新收到的所有寫命令緩存在內(nèi)存中。RDB文件生成完畢后，master會將這個RDB發(fā)送給slave，slave會先寫入本地磁盤，然后再從本地磁盤加載到內(nèi)存中，接著master會將內(nèi)存中緩存的寫命令發(fā)送到slave，slave也會同步這些數(shù)據(jù).slave node如果跟主節(jié)點(diǎn)有網(wǎng)絡(luò)故障，斷開了連接，會自動重連，連接之后主節(jié)點(diǎn)僅會復(fù)制給奴隸部分缺少的數(shù)據(jù)。

主從復(fù)制的斷點(diǎn)續(xù)傳

從redis2.8開始，就支持主從復(fù)制的斷點(diǎn)續(xù)傳，如果主從復(fù)制過程中，網(wǎng)絡(luò)連接斷掉了，那么可以接著上次復(fù)制的地方，繼續(xù)復(fù)制下去，而不是從頭開始復(fù)制一份。

主節(jié)點(diǎn)會在內(nèi)存中維護(hù)一個backlog，master和slave都會保存一個副本偏移還有一個主運(yùn)行id，offset就是保存在backlog中的。如果master和slave網(wǎng)絡(luò)連接斷掉了，slave會讓master從上次replica offset開始繼續(xù)復(fù)制，如果沒有找到對應(yīng)的offset，那么就會執(zhí)行一次resynchronization。

如果根據(jù)host + ip定位主節(jié)點(diǎn)，是不靠譜的，如果主節(jié)點(diǎn)重啟或者數(shù)據(jù)出現(xiàn)了變化，那么slave node應(yīng)該根據(jù)不同的運(yùn)行id區(qū)分。

無磁盤化復(fù)制

master在內(nèi)存中直接創(chuàng)建RDB，然后發(fā)送給slave，不會在自己本地落地磁盤了。只需要在配置文件中開啟repl-diskless-sync yes即可。

repl-diskless-sync yes#等待5s后再開始復(fù)制，因?yàn)橐雀鄐lave重新連接過來 repl-diskless-sync-delay 5

過期關(guān)鍵處理

slave不會過期密鑰，只會等待master過期密鑰。如果master過期了一個密鑰，或者通過LRU淘汰了一個密鑰，那么會模擬一條del命令發(fā)送給slave。

復(fù)制的完整流程

slave node啟動時(shí)，會在自己本地保存master node的信息，包括主節(jié)點(diǎn)的host和ip，但是復(fù)制流程沒開始。

slave node內(nèi)部有個定時(shí)任務(wù)，每秒檢查是否有新的主節(jié)點(diǎn)要連接和復(fù)制，如果發(fā)現(xiàn)，就跟主節(jié)點(diǎn)建立socket網(wǎng)絡(luò)連接。然后slave節(jié)點(diǎn)發(fā)送ping命令給主節(jié)點(diǎn)。如果master設(shè)置了requirepass，那么slave node必須發(fā)送masterauth的口令過去進(jìn)行認(rèn)證.master node ***次執(zhí)行全量復(fù)制，將所有數(shù)據(jù)發(fā)給slave node。而在后續(xù)，master node持續(xù)將寫命令，異步復(fù)制給slave node。

全量復(fù)制

master執(zhí)行bgsave，在本地生成一份rdb快照文件。

主節(jié)點(diǎn)將rdb快照文件發(fā)送給從節(jié)點(diǎn)，如果rdb復(fù)制時(shí)間超過60秒(repl-timeout)，那么slave節(jié)點(diǎn)就會認(rèn)為復(fù)制失敗，可以適當(dāng)調(diào)大這個參數(shù)(對于千兆網(wǎng)卡的機(jī)器，一般每秒傳輸100MB，6G文件，很可能超過60s)

主節(jié)點(diǎn)在生成rdb時(shí)，會將所有新的寫命令緩存在內(nèi)存中，在從節(jié)點(diǎn)保存了rdb之后，再將新的寫命令復(fù)制給從節(jié)點(diǎn)。

如果在復(fù)制期間，內(nèi)存緩沖區(qū)持續(xù)消耗超過64MB，或者一次性超過256MB，那么停止復(fù)制，復(fù)制失敗。

client-output-buffer-limit slave 256MB 64MB 60

slave node接收到rdb之后，清空自己的舊數(shù)據(jù)，然后重新加載rdb到自己的內(nèi)存中，同時(shí)基于舊的數(shù)據(jù)版本對外提供服務(wù)。

如果slave node開啟了AOF，那么會立即執(zhí)行BGREWRITEAOF，重寫AOF。

增量復(fù)制

如果全量復(fù)制過程中，master-slave網(wǎng)絡(luò)連接斷掉，那么奴隸重新連接master時(shí)，會觸發(fā)增量復(fù)制。

master直接從自己的backlog中獲取部分丟失的數(shù)據(jù)，發(fā)送給slave node，默認(rèn)backlog就是1MB。

msater就是根據(jù)slave發(fā)送的psync中的offset來自backlog中獲取數(shù)據(jù)的。

心跳

主從節(jié)點(diǎn)互相都會發(fā)送心跳信息。

master默認(rèn)每隔10秒發(fā)送一次heartbeat，slave node每隔1秒發(fā)送一個heartbeat。

異步復(fù)制

master每次接收到寫命令之后，先在內(nèi)部寫入數(shù)據(jù)，然后異步發(fā)送給從屬節(jié)點(diǎn)。

redis如何才能做到高可用

如果系統(tǒng)在365天內(nèi)，有99.99%的時(shí)間，都是可以嘩嘩對外提供服務(wù)的，那么就說系統(tǒng)是高可用的。

一個奴隸掛掉了，是不會影響可用性的，還有其它的奴隸在提供相同數(shù)據(jù)下的相同的對外的查詢服務(wù)。

但是，如果主節(jié)點(diǎn)死掉了，會怎么樣?沒法寫數(shù)據(jù)了，寫緩存的時(shí)候，全部失效了.slave node還有什么用呢，沒有master給它們復(fù)制數(shù)據(jù)了，系統(tǒng)相當(dāng)于不可用了。

redis的高可用架構(gòu)，叫做failover 故障轉(zhuǎn)移，也可以叫做主備切換。

主節(jié)點(diǎn)在故障時(shí)，自動檢測，并且將某個從節(jié)點(diǎn)自動切換位主節(jié)點(diǎn)的過程，叫做主備切換。這個過程，實(shí)現(xiàn)了redis的主從架構(gòu)下的高可用。

后面會詳細(xì)說明redis 基于哨兵的高可用性。