redis优化系列（二）Redis主从原理、主从常用配置等

该系列博文之上一篇：传送门 走你

一、主从复制原理

主从复制过程大体可以分为3个阶段：连接建立阶段（即准备阶段）、数据同步阶段、命令传播阶段。

在从节点执行 slaveof 命令后，复制过程便开始运作，下面图示大概可以看到，从图中可以看出复制过程大致分为6个过程

主从配置之后的日志记录也可以看出这个流程（看主redis或从redis日志都可以）：

vi /var/log/redis/redis.log

1）保存主节点（master）信息：

    执行 slaveof 后 Redis 会打印如下日志：

2）从节点（slave）底层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

从节点与主节点建立网络连接示例图：

从节点会建立一个 socket 套接字，从节点建立了一个端口为51234的套接字，专门用于接受主节点发送的复制命令。从节点连接成功后打印如下日志：

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手动执行 slaveof no one 取消复制（断开主从）

注：对一个从redis节点服务器执行命令 slaveof no one 将使得这个从redis节点服务器关闭复制功能，并从 从redis节点服务器转变回主redis节点服务器，原来同步所得的数据集不会被丢弃。

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。从节点连接主节点失败时也会每秒打印如下日志，方便发现问题：

    # Error condition on socket for SYNC: {socket_error_reason}

3）发送 ping 命令

    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：

①、检测主从之间网络套接字是否可用。

②、检测主节点当前是否可接受处理命令。

③、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。

从节点发送的 ping 命令成功返回，Redis 打印如下日志，并继续后续复制流程：

4）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。

5）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。

6）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。

可参考以下书籍（需付费购买）：

https://gitbook.cn/gitchat/geekbook/5af939544b544674331bce2e

关于主从原理也可参考以下文章：

https://juejin.im/entry/5b39c05df265da596e4cf399

二、全量复制和部分复制

2.1 相关概念

全量复制：用于初次复制或其它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，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，后面会说到具体那些条件需要被满足），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，需要注意的是，如果网络中断时间过长，造成主节点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

复制偏移量：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 replication 中的 master_repl_offset 指标中：

提醒：记得进入redis客户端执行该命令

#在从节点的redis中执行以下命令
redis-cli
info replication

截图如下：

从节点（slave）每秒钟上报自身的复制偏移量给主节点，因此主节点也会保存从节点的复制偏移量，统计指标如下：

再次提醒：记得进入redis客户端执行 info replication 命令

#在主节点的redis中执行以下命令
redis-cli
info replication

截图如下：

从节点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 replication 中的 slave_repl_offset 中

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固定长度的队列，默认大小为1MB（可以调整大小，具体调整多大看各自需求业务来调整），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。

在命令传播阶段（也可以说是 同步数据阶段），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而且先进先出，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。

2.2 Redis全量复制的过程如下图所示：

如上图所示：

1、Redis 内部会发出一个同步命令，刚开始是 Psync 命令，Psync ? -1表示要求 master 主机同步数据

2、主机会向从机发送 runid 和 offset，因为 slave 并没有对应的 offset，所以是全量复制

3、从机 slave 会保存 主机 master 的基本信息 save masterInfo

4、主节点收到全量复制的命令后，执行 bgsave 命令（异步执行），在后台生成RDB文件（快照文件），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

5、主机发送 RDB 文件给从机

6、主机发送缓冲区数据到从机

7、刷新旧的数据，从节点在载入主节点的数据之前要先将老数据清除

8、加载 RDB 文件将数据库状态更新至主节点执行bgsave时的数据库状态和缓冲区数据的加载。

全量复制开销，主要有以下几项：

1、bgsave 时间

2、RDB 文件网络传输时间

3、从节点清空数据的时间

4、从节点加载 RDB 的时间

注：生成一个几GB 十几GB的RDB快照文件 大概是需要2-5分钟的样子

2.3 部分复制（又称 增量复制）

部分复制是 Redis 2.8 以后出现的，之所以要加入部分复制，是因为全量复制会产生很多问题，比如像上面的时间开销大、无法隔离等问题， Redis 希望能够在 master 出现抖动（相当于断开连接）的时候，可以有一些机制将复制的损失降低到最低。

部分复制的过程如下图所示：

如上图所示：

1、如果网络抖动（连接断开 connection lost）

2、主机 master 还是会写 replbackbuffer（复制缓冲区）

3、从机 slave 会继续尝试连接主机

4、从机 slave 会把自己当前 runid 和偏移量传输给主机 master，并且执行 pysnc 命令同步

5、如果 master 发现从节点的偏移量是在缓冲区的范围内，就会返回 continue（在指的是继续复制的意思） 命令，如果从节点的偏移量不在缓冲区的范围之内，就不会进行部分复制操作了，这样就意味着它会执行全量复制，所以我们要尽量避免这种情况的发生。

6、同步了 offset 的部分数据，所以部分复制的基础就是偏移量 offset

正常情况下redis是如何决定是全量复制还是部分复制？

从节点将offset（偏移量）发送给主节点后，主节点根据offset（偏移量）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；

缓冲区大小调节：

由于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)来设置；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。

服务器运行ID(runid)：

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。

三、主从复制的常用相关配置

1、从redis节点配置：

①、slaveof <masterip> <masterport>

slave实例需要配置该项，指向master的（ip, port）

②、masterauth  <master-password>

如果master实例启用了密码保护，则该配置项需填master的启动密码，若master未启用密码，该配置项需要注释掉

③、slave-serve-stale-data

指定slave与master连接中断时的动作。默认为yes，表明slave会继续应答来自client的请求，但这些数据可能已经过期（因为连接中断导致无法从master同步）。若配置为no，则slave除正常应答"INFO"和"SLAVEOF"命令外，其余来自客户端的请求命令均会得到"SYNC with master in progress"的应答，直到该slave与master的连接重建成功或该slave被提升为master

④、slave-read-only

指定slave是否只读，默认为yes。若配置为no，这表示slave是可写的，但写的内容在主从同步完成后会被删掉

⑤、repl-disable-tcp-nodelay

指定向slave同步数据时，是否禁用socket的NO_DELAY选项。若配置为yes，则禁用NO_DELAY，则TCP协议栈会合并小包统一发送，这样可以减少主从节点间的包数量并节省带宽，但会增加数据同步到slave的时间。若配置为no，表明启用NO_DELAY，则TCP协议栈不会延迟小包的发送时机，这样数据同步的延时会减少，但需要更大的带宽。通常情况下，应该配置为no以降低同步延时，但在主从节点间网络负载已经很高的情况下，可以配置为yes

注：主从节点进行数据传输是基于tcp协议进行传输的

⑥、slave-priority

指定slave的优先级。在不只1个slave存在的部署环境下，当master宕机时，Redis Sentinel会将priority值最小的slave提升为master。需要注意的是，若该配置项为0，则对应的slave永远不会被Redis Sentinel自动提升为master