一、简介
本文的内容讲的是Redis主从模式的搭建以及主从数据同步的原理及优化。
redis-6.2.6、VMware、FinalShell
二、Redis主从模式是什么?
Redis主从模式是一种常见的分布式架构模式,用于实现数据的高可用性和读写分离。该模式中,存在一个主节点(Master)和多个从节点(Slaves)。
主节点(Master) 是负责处理写操作和响应客户端写操作的Redis节点。它接收客户端的写请求,并将写操作同步到所有从节点。主节点负责维护整个集群的数据状态,所有的写操作都必须通过主节点进行。
从节点(Slaves) 是主节点的复制品,它们从主节点接收写操作的复制,以保持与主节点的数据一致性。从节点负责处理读请求,提供对数据的读取服务。从节点可以承担一部分主节点的读负载,提升整个系统的读操作性能。从节点还可以在主节点发生故障时,作为新的主节点接管服务,从而保证主节点的故障容忍性
三、Redis主从搭建
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.搭建步骤
1.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:
IP | PORT | 角色 |
---|---|---|
192.168.176.128 | 7001 | master |
192.168.176.128 | 7002 | slave |
192.168.176.128 | 7003 | slave |
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。 我们创建三个文件夹,名字分别叫7001、7002、7003: 注意: 我的redis-6.2.6目录在 /usr/local/ 下面
# 进入/usr/local目录
cd /usr/local
# 创建目录
mkdir 7001 7002 7003
2.恢复原始配置
修改redis-6.2.6/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
# 这里三个屏蔽掉也不影响,因为如果使用RDB,默认的就是这个三个
# 关闭AOF
appendonly no
3.拷贝配置文件到每个实例目录
然后将redis-6.2.6/redis.conf文件拷贝到三个目录中(在/usr/local目录执行下列命令):
# 方式一:逐个拷贝
cp redis-6.2.6/redis.conf 7001
cp redis-6.2.6/redis.conf 7002
cp redis-6.2.6/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-6.2.6/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/usr/local目录执行下列命令):
sed -i -e 's/6379/7001/g' -e 's/dir .\//dir \/usr\/local\/7001\//g' 7001/redis.conf
sed -i -e 's/6379/7002/g' -e 's/dir .\//dir \/usr\/local\/7002\//g' 7002/redis.conf
sed -i -e 's/6379/7003/g' -e 's/dir .\//dir \/usr\/local\/7003\//g' 7003/redis.conf
注意: 如果你的目录有多的层级,记得每一个目录中
/
之前都加一个\
简单看一个检查一下有没有修改成功
好的没问题!
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 192.168.176.128
由于每个目录都要改,我们一键完成修改(在/usr/local目录执行下列命令):
# 逐一执行
sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.176.128' 7001/redis.conf
sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.176.128' 7002/redis.conf
sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.176.128' 7003/redis.conf
# 或者一键修改
printf '%s\n' 7001 7002 7003 | xargs -I{} -t sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.176.128' {}/redis.conf
6.启动
在FinalShell中再打开三个窗口:
# 第1个
redis-server 7001/redis.conf
# 第2个
redis-server 7002/redis.conf
# 第3个
redis-server 7003/redis.conf
我这里都设置了前台运行,方便查看日志,如果没有设置,可以去redis.conf文件,将其中的 daemonize no
改为yes
即可。
7.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 192.168.176.128 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 192.168.176.128 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
可以看见当前7001的角色是主节点,然后从节点的信息也在上面显示了
8.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。
到此,Redis的主从模式也配置成功了
四、主从数据同步原理
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:
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:
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.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:
那么问题来了,master怎么知道slave与自己的数据差异在哪里呢?请往下看~
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_baklog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_baklog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:
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:
直到数组被填满:
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:
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:
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。
五、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主从就集群:
- 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_baklog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:
PS:
大家好,我是小健,Java开发工程师一枚,我会持续发一些技术推文,偶尔也会发些工作求职,互联网热点的事情,希望各位小伙伴多多支持,如果觉得本篇文章对您有所帮助,记得点赞关注收藏喔~
参考资料:黑马程序员Redis入门到实战教程