Redis 搭建主从集群

文章目录

  • 1. 主从集群架构
    • 1.1 准备实例和配置
    • 1.2 启动
    • 1.3 开启主从关系
    • 1.4 测试
  • 2. 主从同步原理
    • 2.1 全量同步
    • 2.2 增量同步
      • repl_backlog原理
    • 2.3 主从同步优化
    • 小结


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单节点的 Redis 并发能力有限，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. 主从集群架构

集群架构

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：

IPPORT角色
192.168.150.1017001master
192.168.150.1017002slave
192.168.150.1017003slave

注：192.168.150.101 为redis所在虚拟机或者服务器的 ip 。

1.1 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

如下图：
image.png

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

注意上面的命可能不会改成功！

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

1.2 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.png

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

1.3 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.png

1.4 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.png
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.png

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.png

那么 master 怎么知道 slave 与自己的数据差异在哪里呢?

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：
image-20210725153359022.png

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.png
直到数组被填满：
image-20210725153715910.png
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.png
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.png
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.png

2.3 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（适用于网络好、磁盘慢 的场景）。
  • 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：
主从架构图

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



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