Redis主从同步搭建、主从同步原理(全量同步、增量同步、repl_backlog)、主从同步优化

迈不过友情╰ 2024-03-22 11:05 118阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*   *  1.搭建主从架构
     *   *  1.1.集群结构
         *  1.2.准备实例和配置
         *  1.3.启动
         *  1.4.开启主从关系
         *  1.5.测试
     *  2.主从数据同步原理
     *   *  2.1.全量同步
         *  2.2.增量同步
         *  2.3.repl\_backlog原理
     *  3.主从同步优化
     *  4.小结

### 1.搭建主从架构 ###

单节点Redis的并发能力是有上限的，要进一步提高Redis的并发能力，就需要搭建主从集群，实现读写分离。

#### 1.1.集群结构 ####

我们搭建的主从集群结构如图：

![image-20210630111505799][]

共包含三个节点，一个主节点，两个从节点。

这里我们会在同一台虚拟机中开启3个redis实例，模拟主从集群，信息如下：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="center">IP</th> 
   <th align="center">PORT</th> 
   <th align="center">角色</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="center">192.168.150.101</td> 
   <td align="center">7001</td> 
   <td align="center">master</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">192.168.150.101</td> 
   <td align="center">7002</td> 
   <td align="center">slave</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">192.168.150.101</td> 
   <td align="center">7003</td> 
   <td align="center">slave</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### 1.2.准备实例和配置 ####

要在同一台虚拟机开启3个实例，必须准备三份不同的配置文件和目录，配置文件所在目录也就是工作目录。

1）创建目录

我们创建三个文件夹，名字分别叫7001、7002、7003：

# 进入/tmp目录
    cd /tmp
    # 创建目录
    mkdir 7001 7002 7003

如图：

![image-20210630113929868][]

2）恢复原始配置

修改redis-6.2.4/redis.conf文件，将其中的持久化模式改为默认的RDB模式，AOF保持关闭状态。

# 开启RDB
    # save ""
    save 3600 1
    save 300 100
    save 60 10000
    
    # 关闭AOF
    appendonly no

3）拷贝配置文件到每个实例目录

然后将redis-6.2.4/redis.conf文件拷贝到三个目录中（在/tmp目录执行下列命令）：

# 方式一：逐个拷贝
    cp redis-6.2.4/redis.conf 7001
    cp redis-6.2.4/redis.conf 7002
    cp redis-6.2.4/redis.conf 7003
    
    # 方式二：管道组合命令，一键拷贝
    echo 7001 7002 7003 | xargs -t -n 1 cp redis-6.2.4/redis.conf

4）修改每个实例的端口、工作目录

修改每个文件夹内的配置文件，将端口分别修改为7001、7002、7003，将rdb文件保存位置都修改为自己所在目录（在/tmp目录执行下列命令）：

sed -i -e 's/6379/7001/g' -e 's/dir .\//dir \/tmp\/7001\//g' 7001/redis.conf
    sed -i -e 's/6379/7002/g' -e 's/dir .\//dir \/tmp\/7002\//g' 7002/redis.conf
    sed -i -e 's/6379/7003/g' -e 's/dir .\//dir \/tmp\/7003\//g' 7003/redis.conf

5）修改每个实例的声明IP

虚拟机本身有多个IP，为了避免将来混乱，我们需要在redis.conf文件中指定每一个实例的绑定ip信息，格式如下：

# redis实例的声明 IP
    replica-announce-ip 192.168.150.101

每个目录都要改，我们一键完成修改（在/tmp目录执行下列命令）：

# 逐一执行
    sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.150.101' 7001/redis.conf
    sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.150.101' 7002/redis.conf
    sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.150.101' 7003/redis.conf
    
    # 或者一键修改
    printf '%s\n' 7001 7002 7003 | xargs -I{} -t sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.150.101' {}/redis.conf

#### 1.3.启动 ####

为了方便查看日志，我们打开3个ssh窗口，分别启动3个redis实例，启动命令：

# 第1个
    redis-server 7001/redis.conf
    # 第2个
    redis-server 7002/redis.conf
    # 第3个
    redis-server 7003/redis.conf

启动后：

![image-20210630183914491][]

如果要一键停止，可以运行下面命令：

printf '%s\n' 7001 7002 7003 | xargs -I{} -t redis-cli -p {} shutdown

#### 1.4.开启主从关系 ####

现在三个实例还没有任何关系，要配置主从可以使用replicaof 或者slaveof（5.0以前）命令。

有临时和永久两种模式：

*  修改配置文件（永久生效）
    
     *  在redis.conf中添加一行配置：`slaveof <masterip> <masterport>`
 *  使用redis-cli客户端连接到redis服务，执行slaveof命令（重启后失效）：
    
        slaveof <masterip> <masterport>

**注意**：在5.0以后新增命令replicaof，与salveof效果一致。

这里我们为了演示方便，使用方式二。

通过redis-cli命令连接7002，执行下面命令：

# 连接 7002
    redis-cli -p 7002
    # 执行slaveof
    slaveof 192.168.150.101 7001

通过redis-cli命令连接7003，执行下面命令：

# 连接 7003
    redis-cli -p 7003
    # 执行slaveof
    slaveof 192.168.150.101 7001

然后连接 7001节点，查看集群状态：

# 连接 7001
    redis-cli -p 7001
    # 查看状态
    info replication

结果：

![image-20210630201258802][]

#### 1.5.测试 ####

执行下列操作以测试：

*  利用redis-cli连接7001，执行`set num 123`
 *  利用redis-cli连接7002，执行`get num`，再执行`set num 666`
 *  利用redis-cli连接7003，执行`get num`，再执行`set num 888`

可以发现，只有在7001这个master节点上可以执行写操作，7002和7003这两个slave节点只能执行读操作。

### 2.主从数据同步原理 ###

#### 2.1.全量同步 ####

主从第一次建立连接时，会执行**全量同步**，将master节点的所有数据都拷贝给slave节点，流程：

![image-20210725152222497][]

这里有一个问题，master如何得知salve是第一次来连接呢？？

有几个概念，可以作为判断依据：

*  **Replication Id**：简称replid，是数据集的标记，id一致则说明是同一数据集。每一个master都有唯一的replid，slave则会继承master节点的replid
 *  **offset**：偏移量，随着记录在repl\_baklog中的数据增多而逐渐增大。slave完成同步时也会记录当前同步的offset。如果slave的offset小于master的offset，说明slave数据落后于master，需要更新。

因此slave做数据同步，必须向master声明自己的replication id 和offset，master才可以判断到底需要同步哪些数据。

因为slave原本也是一个master，有自己的replid和offset，当第一次变成slave，与master建立连接时，发送的replid和offset是自己的replid和offset。

master判断发现slave发送来的replid与自己的不一致，说明这是一个全新的slave，就知道要做全量同步了。

master会将自己的replid和offset都发送给这个slave，slave保存这些信息。以后slave的replid就与master一致了。

因此，**master判断一个节点是否是第一次同步的依据，就是看replid是否一致**。

如图：

![image-20210725152700914][]

完整流程描述：

*  slave节点请求增量同步
 *  master节点判断replid，发现不一致，拒绝增量同步
 *  master将完整内存数据生成RDB，发送RDB到slave
 *  slave清空本地数据，加载master的RDB
 *  master将RDB期间的命令记录在repl\_baklog，并持续将log中的命令发送给slave
 *  slave执行接收到的命令，保持与master之间的同步

#### 2.2.增量同步 ####

全量同步需要先做RDB，然后将RDB文件通过网络传输个slave，成本太高了。因此除了第一次做全量同步，其它大多数时候slave与master都是做**增量同步**。

什么是增量同步？就是只更新slave与master存在差异的部分数据。如图：

![image-20210725153201086][]

那么master怎么知道slave与自己的数据差异在哪里呢?

#### 2.3.repl\_backlog原理 ####

master怎么知道slave与自己的数据差异在哪里呢?

这就要说到全量同步时的repl\_backlog文件了。

这个文件是一个固定大小的数组，只不过数组是环形，也就是说**角标到达数组末尾后，会再次从0开始读写**，这样数组头部的数据就会被覆盖。

repl\_backlog中会记录Redis处理过的命令日志及offset，包括master当前的offset，和slave已经拷贝到的offset：

![image-20210725153359022][]

slave与master的offset之间的差异，就是salve需要增量拷贝的数据了。

随着不断有数据写入，master的offset逐渐变大，slave也不断的拷贝，追赶master的offset：

![image-20210725153524190][]

直到数组被填满：

![image-20210725153715910][]

此时，如果有新的数据写入，就会覆盖数组中的旧数据。不过，旧的数据只要是绿色的，说明是已经被同步到slave的数据，即便被覆盖了也没什么影响。因为未同步的仅仅是红色部分。

但是，如果slave出现网络阻塞，导致master的offset远远超过了slave的offset：

![image-20210725153937031][]

如果master继续写入新数据，其offset就会覆盖旧的数据，直到将slave现在的offset也覆盖：

![image-20210725154155984][]

棕色框中的红色部分，就是尚未同步，但是却已经被覆盖的数据。此时如果slave恢复，需要同步，却发现自己的offset都没有了，无法完成增量同步了。只能做全量同步。

![image-20210725154216392][]

### 3.主从同步优化 ###

主从同步可以保证主从数据的一致性，非常重要。

可以从以下几个方面来优化Redis主从集群：

*  在master中配置repl-diskless-sync yes启用无磁盘复制，避免全量同步时的磁盘IO。
 *  Redis单节点上的内存占用不要太大，减少RDB导致的过多磁盘IO
 *  适当提高repl\_backlog的大小，发现slave宕机时尽快实现故障恢复，尽可能避免全量同步
 *  限制一个master上的slave节点数量，如果实在是太多slave，则可以采用主-从-从链式结构，减少master压力

主从从架构图：

![image-20210725154405899][]

### 4.小结 ###

简述全量同步和增量同步区别？

*  全量同步：master将完整内存数据生成RDB，发送RDB到slave。后续命令则记录在repl\_baklog，逐个发送给slave。
 *  增量同步：slave提交自己的offset到master，master获取repl\_baklog中从offset之后的命令给slave

什么时候执行全量同步？

*  slave节点第一次连接master节点时
 *  slave节点断开时间太久，repl\_baklog中的offset已经被覆盖时

什么时候执行增量同步？

*  slave节点断开又恢复，并且在repl\_baklog中能找到offset时

[image-20210630111505799]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/f3c8404876be4256b460ab023025b3c3.png
[image-20210630113929868]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/4043dd5ab82c480d9264d0d5e698e210.png
[image-20210630183914491]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/3c5be159c5e5477eada42c28576a19dd.png
[image-20210630201258802]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/a0210c6e99594737950e1b6b62e1d49e.png
[image-20210725152222497]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/bc7216d521ba4800a7253bbbb82ca535.png
[image-20210725152700914]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/242d21ffa56045da90e6d2e4a6690ece.png
[image-20210725153201086]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/789886cc246f468bb028c0493ab33ba9.png
[image-20210725153359022]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/e1ecbf38efdb4667b89260744ff84d24.png
[image-20210725153524190]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/d5c9cc7bdfb945a3a721d796da681fe6.png
[image-20210725153715910]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/570a59a8657a43c1801a3a023a363c6c.png
[image-20210725153937031]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/6f7dfb24bc30461ea22b507f51d7b900.png
[image-20210725154155984]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/cca6e2611bf840b98266f3aa6578111f.png
[image-20210725154216392]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/3082197da972453a9c92f829c2c37701.png
[image-20210725154405899]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/5cf3341a8de543e396edf318562bac9e.png