1 主从复制概述

主从复制，是指将一台Redis服务器的数据，复制到其他的Redis服务器。前者称为主节点（master），后者称为从节点（slave）；数据的复制是单向的，只能由主节点到从节点。默认情况下，每台Redis服务器都是主节点；且一个主节点可以有零个或多个从节点，但一个从节点只能有一个主节点。

1.1 作用

  1. 故障恢复：当主节点出现问题时，可以由从节点提供服务，实现快速的故障恢复；实际上是一种服务的冗余。
  2. 负载均衡：在主从复制的基础上，配合读写分离，可以由主节点提供写服务，由从节点提供读服务（即写Redis数据时应用连接主节点，读Redis数据时应用连接从节点），分担服务器负载；尤其是在写少读多的场景下，通过多个从节点分担读负载，可以大大提高Redis服务器的并发量。
  3. 高可用基石：除了上述作用以外，主从复制还是哨兵和集群能够实施的基础，因此说主从复制是Redis高可用的基础。
  4. 数据冗余：主从复制实现了数据的热备份，是持久化之外的一种数据冗余方式。

1.2 如何使用

  1. 配置文件：在从服务器的配置文件中加入：replicaof
  2. 启动命令：redis-server启动命令后加入 —replicaof
  3. 客户端命令：Redis服务器启动后，通过客户端执行命令：replicaof

注意：Redis 5.0之前使用 slaveof

2 配置文件

  1. 首先复制一份配置文件，配置以下内容
  2. 启动从节点，redis-server redis_6380.conf。 ```scala

    1、复制一份redis.conf文件

    cp redis.conf redis_6380.conf

2 将相关配置修改为如下值

port 6380 pidfile /var/run/redis_6380.pid # 把pid进程号写入pidfile配置的文件 logfile “6380.log” dir /usr/local/redis-6.2.3/data/6380 # 指定数据存放目录

bind绑定的是自己机器网卡的ip，如果有多块网卡可以配多个ip，

代表允许客户端通过机器的哪些网卡ip去访问，内网一般可以不配置bind，注释掉即可

bind 127.0.0.1

后台启动

daemonize yes

关闭包含模式，开启的话，只有本机才可以访问

protected-mode no

3、配置主从复制

replicaof 192.168.0.60 6379 # 从本机6379的redis实例复制数据 replica-read-only yes # 配置从节点只读

replica-serve-stale-data yes # 在同步时 是否支持读取老数据 replica-read-only yes # repl-diskless-sync no # 是否直接通过网络传输rdb，而不需要落盘 repl-backlog-size 1mb # 增量复制 min-replicas-write 3 # min-replicas-max-lag 10 #

  2. <a name="5pSRU"></a>
  3. ### 3 Java 客户端
  4. ```java
  5. public class JedisSingleTest {
  6.     public static void main(String[] args) throws IOException {
  7.         JedisPoolConfig jedisPoolConfig = new JedisPoolConfig();
  8.         jedisPoolConfig.setMaxTotal(20);
  9.         jedisPoolConfig.setMaxIdle(10);
  10.         jedisPoolConfig.setMinIdle(5);
  12.         // timeout，这里既是连接超时又是读写超时，从Jedis 2.8开始有区分connectionTimeout和soTimeout的构造函数
  13.         JedisPool jedisPool = new JedisPool(jedisPoolConfig, "192.168.0.60", 6379, 3000, null);
  14.         Jedis jedis = null;
  15.         try {
  16.             // 从redis连接池里拿出一个连接执行命令
  17.             jedis = jedisPool.getResource();
  18.             System.out.println(jedis.set("key1", "v1"));
  19.         } catch (Exception e) {
  20.             e.printStackTrace();
  21.         } finally {
  22.             // 注意这里不是关闭连接，在JedisPool模式下，Jedis会被归还给资源池。
  23.             if (jedis != null)
  24.                 jedis.close();
  25.         }
  26.     }
  27. }

4 主从复制实现原理

4.1 连接建立阶段

该阶段的主要作用是在主从节点之间建立连接，为数据同步做好准备。

步骤1：保存主节点信息

从节点服务器内部维护了两个字段，即masterhost和masterport字段，用于存储主节点的ip和port信息。需要注意的是，replicaof是异步命令，从节点完成主节点ip和port的保存后，向发送replicaof命令的客户端直接返回OK，实际的复制操作在这之后才开始进行。

步骤2：建立socket连接

从节点每秒1次调用复制定时函数replicationCron()，如果发现了有主节点可以连接，便会根据主节点的ip和port，创建socket连接。如果连接成功，则：

  • 从节点：为该socket建立一个专门处理复制工作的文件事件处理器，负责后续的复制工作，如接收RDB文件、接收命令传播等。
  • 主节点：接收到从节点的socket连接后（即accept之后），为该socket创建相应的客户端状态，并将从节点看做是连接到主节点的一个客户端，后面的步骤会以从节点向主节点发送命令请求的形式来进行。

步骤3：发送ping命令

从节点成为主节点的客户端之后，发送ping命令进行首次请求，目的是：检查socket连接是否可用，以及主节点当前是否能够处理请求。从节点发送ping命令后，可能出现3种情况：

  1. 返回pong：说明socket连接正常，且主节点当前可以处理请求，复制过程继续。
  2. 超时：一定时间后从节点仍未收到主节点的回复，说明socket连接不可用，则从节点断开socket连接，并重连。
  3. 返回pong以外的结果：如果主节点返回其他结果，如正在处理超时运行的脚本，说明主节点当前无法处理命令，则从节点断开socket连接，并重连。

步骤4：身份验证

如果主节点中设置了masterauth选项，则从节点需要向主节点进行身份验证；没有设置该选项，则不需要验证。从节点进行身份验证是通过向主节点发送auth命令进行的，auth命令的参数即为配置文件中的masterauth的值。
如果主节点设置密码的状态，与从节点masterauth的状态一致（一致是指都存在，且密码相同，或者都不存在），则身份验证通过，复制过程继续；如果不一致，则从节点断开socket连接，并重连。

步骤5：发送从节点端口信息

身份验证之后，从节点会向主节点发送其监听的端口号（port+10000），主节点将该信息保存到该从节点对应的客户端的slave_listening_port字段中；该端口信息除了在主节点中执行info Replication时显示以外，没有其他作用。

4.2 数据同步阶段

主从节点之间的连接建立以后，便可以开始进行数据同步，该阶段可以理解为从节点数据的初始化。具体执行的方式是：从节点向主节点发送psync命令（Redis2.8以前是sync命令），开始同步。

数据同步阶段是主从复制最核心的阶段，根据主从节点当前状态的不同，可以分为全量复制和部分复制，需要注意的是，在数据同步阶段之前，从节点是主节点的客户端，主节点不是从节点的客户端；而到了这一阶段及以后，主从节点互为客户端。原因在于：在此之前，主节点只需要响应从节点的请求即可，不需要主动发请求，而在数据同步阶段和后面的命令传播阶段，主节点需要主动向从节点发送请求（如推送缓冲区中的写命令），才能完成复制。

4.3 命令传播阶段

数据同步阶段完成后，主从节点进入命令传播阶段；在这个阶段主节点将自己执行的写命令发送给从节点，从节点接收命令并执行，从而保证主从节点数据的一致性。
在命令传播阶段，除了发送写命令，主从节点还维持着心跳机制：PING和REPLCONF ACK。由于心跳机制的原理涉及部分复制，因此将在介绍了部分复制的相关内容后单独介绍该心跳机制。

4.3.1 延迟与不一致

需要注意的是，命令传播是异步的过程，即主节点发送写命令后并不会等待从节点的回复；因此实际上主从节点之间很难保持实时的一致性，延迟在所难免。数据不一致的程度，与主从节点之间的网络状况、主节点写命令的执行频率、以及主节点中的repl-disable-tcp-nodelay配置等有关。

repl-disable-tcp-nodelay no：该配置作用于命令传播阶段，控制主节点是否禁止与从节点的TCP_NODELAY；默认no，即不禁止TCP_NODELAY。当设置为yes时，TCP会对包进行合并从而减少带宽，但是发送的频率会降低，从节点数据延迟增加，一致性变差；具体发送频率与Linux内核的配置有关，默认配置为40ms。当设置为no时，TCP会立马将主节点的数据发送给从节点，带宽增加但延迟变小。

一般来说，只有当应用对Redis数据不一致的容忍度较高，且主从节点之间网络状况不好时，才会设置为yes；多数情况使用默认值no。

5 主从复制流程

在Redis2.8以前，从节点向主节点发送sync命令请求同步数据，此时的同步方式是全量复制；在Redis2.8及以后，从节点可以发送psync命令请求同步数据，此时根据主从节点当前状态的不同，同步方式可能是全量复制或部分复制。

  1. 全量复制：用于初次复制或其他无法进行部分复制的情况，将主节点中的所有数据都发送给从节点，是一个非常重型的操作。
  2. 部分复制：用于网络中断等情况后的复制，只将中断期间主节点执行的写命令发送给从节点，与全量复制相比更加高效。需要注意的是，如果网络中断时间过长，导致主节点缓存没有能够完整地保存中断期间执行的写命令，则无法进行部分复制，仍使用全量复制。

5.1 全量复制

持久化期间，master 会继续接收客户端的请求，它会把这些可能修改数据集的请求缓存在内存中。当持久化进行完毕以后， master 再将之前缓存在内存中的命令发送给slave。Redis通过psync命令进行全量复制的过程如下：

  1. 从节点判断无法进行部分复制，向主节点发送全量复制的请求；或从节点发送部分复制的请求，但主节点判断无法进行部分复制；具体判断过程需要在讲述了部分复制原理后再介绍
  2. 主节点收到全量复制的命令后，执行bgsave，在后台生成RDB文件，并使用一个缓冲区（称为复制缓冲区）记录从现在开始执行的所有写命令
  3. 主节点的bgsave执行完成后，将RDB文件发送给从节点；从节点首先清除自己的旧数据，然后载入接收的RDB文件，将数据库状态更新至主节点执行bgsave时的数据库状态
  4. 主节点将前述复制缓冲区中的所有写命令发送给从节点，从节点执行这些写命令，将数据库状态更新至主节点的最新状态
  5. 如果从节点开启了AOF，则会触发bgrewriteaof的执行，从而保证AOF文件更新至主节点的最新状态

全量复制.png

通过全量复制的过程可以看出，全量复制是非常重型的操作：

  1. 主节点通过bgsave命令fork子进程进行RDB持久化，该过程是非常消耗CPU、内存(页表复制)、硬盘IO的
  2. 主节点通过网络将RDB文件发送给从节点，对主从节点的带宽都会带来很大的消耗
  3. 从节点清空老数据、载入新RDB文件的过程是阻塞的，无法响应客户端的命令；如果从节点执行bgrewriteaof，也会带来额外的消耗

当master与slave之间的连接由于某些原因而断开时，slave能够自动重连master，如果master收到了多个slave并发连接请求，它只会进行一次持久化，而不是一个连接一次，然后再把这一份持久化的数据发送给多个并发连接的slave。

5.2 增量复制

由于全量复制在主节点数据量较大时效率太低，因此Redis2.8开始提供部分复制，用于处理网络中断时的数据同步。部分复制的实现，依赖于三个重要的概念：

5.2.1 复制偏移量

主节点和从节点分别维护一个复制偏移量（offset），代表的是主节点向从节点传递的字节数；主节点每次向从节点传播N个字节数据时，主节点的offset增加N；从节点每次收到主节点传来的N个字节数据时，从节点的offset增加N。
offset用于判断主从节点的数据库状态是否一致：如果二者offset相同，则一致；如果offset不同，则不一致，此时可以根据两个offset找出从节点缺少的那部分数据。例如，如果主节点的offset是1000，而从节点的offset是500，那么部分复制就需要将offset为501-1000的数据传递给从节点。而offset为501-1000的数据存储的位置，就是下面要介绍的复制积压缓冲区。

5.2.2 复制积压缓冲区

复制积压缓冲区是由主节点维护的、固定长度的、先进先出（FIFO）队列，默认大小1MB；当主节点开始有从节点时创建，其作用是备份主节点最近发送给从节点的数据。注意，无论主节点有一个还是多个从节点，都只需要一个复制积压缓冲区。
在命令传播阶段，主节点除了将写命令发送给从节点，还会发送一份给复制积压缓冲区，作为写命令的备份；除了存储写命令，复制积压缓冲区中还存储了其中的每个字节对应的复制偏移量（offset）。由于复制积压缓冲区定长且是先进先出，所以它保存的是主节点最近执行的写命令；时间较早的写命令会被挤出缓冲区。
由于该缓冲区长度固定且有限，因此可以备份的写命令也有限，当主从节点offset的差距过大超过缓冲区长度时，将无法执行部分复制，只能执行全量复制。反过来说，为了提高网络中断时部分复制执行的概率，可以根据需要增大复制积压缓冲区的大小（通过配置repl-backlog-size）；例如如果网络中断的平均时间是60s，而主节点平均每秒产生的写命令（特定协议格式）所占的字节数为100KB，则复制积压缓冲区的平均需求为6MB，保险起见，可以设置为12MB，来保证绝大多数断线情况都可以使用部分复制。

从节点将offset发送给主节点后，主节点根据offset和缓冲区大小决定能否执行部分复制：

  • 如果offset偏移量之后的数据，仍然都在复制积压缓冲区里，则执行部分复制；
  • 如果offset偏移量之后的数据已不在复制积压缓冲区中（数据已被挤出），则执行全量复制。

5.2.3 服务器运行ID

每个Redis节点（无论主从），在启动时都会自动生成一个随机ID（每次启动都不一样），由40个随机的十六进制字符组成；runid用来唯一识别一个Redis节点。通过info server命令，可以查看节点的runid。
主从节点初次复制时，主节点将自己的runid发送给从节点，从节点将这个runid保存起来；当断线重连时，从节点会将这个runid发送给主节点；主节点根据runid判断能否进行部分复制：

  • 如果从节点保存的runid与主节点现在的runid相同，说明主从节点之前同步过，主节点会继续尝试使用部分复制（到底能不能部分复制还要看offset和复制积压缓冲区的情况）
  • 如果从节点保存的runid与主节点现在的runid不同，说明从节点在断线前同步的Redis节点并不是当前的主节点，只能进行全量复制

当 master 和 slave 断开重连后，一般都会对整份数据进行复制。但从redis2.8版本开始，redis改用可以支持部分数据复制的命令PSYNC去master同步数据，slave与master能够在网络连接断开重连后只进行部分数据复制。

master会在其内存中创建一个复制数据用的缓存队列，缓存最近一段时间的数据，master和它所有的slave都维护了复制的数据下标offset和master的进程id，因此，当网络连接断开后，slave会请求master继续进行未完成的复制，从所记录的数据下标开始。如果master进程id变化了，或者从节点数据下标offset太旧，已经不在master的缓存队列里了，那么将会进行一次全量数据的复制。
增量复制.png

5.3 主从复制风暴

如果有很多从节点，为了缓解主从复制风暴（多个从节点同时复制主节点导致主节点压力过大），可以让部分从节点与从节点同步数据。

主从风暴.png