Redis从入门到放弃（7）：主从复制

1、概念

主从复制是Redis的一项重要特性，用于将一个Redis服务器（Master主节点）的数据复制到其他Redis服务器（Slave从节点），以实现数据的高可用性和读写分离。数据的复制是单向的，只能由主节点到从节点。

2、作用

主从复制在Redis中扮演着重要的角色，带来了以下几个主要的作用：

1. 高可用性：通过将数据复制到多个从节点，即使主节点发生故障，从节点可替代主节点提供服务，从而保障系统的高可用性。

2. 读写分离：主节点负责处理写入操作，从节点负责处理读操作，从而分担主节点的负载，提高系统的整体性能。

3. 数据冗余备份：由于从节点是主节点的副本，主节点数据的备份可以在从节点上实现。

4. 高可用基石：主从复制还是哨兵和集群能够实施的基础。

3、配置

主从复制的配置涉及到主节点和从节点的设置，具体步骤如下：

1. 配置主节点：在主节点的配置文件（redis.conf）中进行以下配置：

   # 启用主节点
   daemonize yes
   
   # 设置主节点的监听IP和端口
   bind <主节点IP>
   port <主节点端口>
   
   # 设置主节点的认证密码（可选）
   requirepass <密码>
   
   # 开启AOF持久化（可选，默认RDB持久化）
   appendonly yes
   

2. 配置从节点：在从节点的配置文件（redis.conf）中进行以下配置：

   # 启用从节点
   daemonize yes
   
   # 设置从节点的监听IP和端口
   bind <从节点IP>
   port <从节点端口>
   
   # 设置从节点的认证密码（与主节点一致）
   requirepass <密码>
   
   # 设置主节点的地址和端口
   replicaof <主节点IP> <主节点端口>
   

3. 启动节点：分别启动主节点和从节点：

   redis-server redis.conf   # 启动主节点
   redis-server redis.conf   # 启动从节点
   

4. 验证复制：查看从节点的状态，确保它已成功连接到主节点：

   redis-cli -h <从节点IP> -p <从节点端口> 
   
   info replication
   

如果看到输出中有role:slave，且master_host和master_port显示正确的主节点地址和端口，说明主从复制已经配置成功。

3、原理

主从复制过程大致可分为3个阶段：建立连接阶段、数据同步阶段、命令传播阶段。

3.1、第一阶段：建立链接、协商同步

• 在执行replicaof命令后，slave会向master发送psync命令，携带master的runID（实例ID）和offset（复制进度）参数，因为是第一次请求复制，所以runID为?，offset为-1。
• master收到psync命令后返回FULLRESYNC命令，并携带master的runID和offset，slave保存。

这一步的目的是为全量复制做准备。

3.2、第二阶段：数据同步

• 完成第一阶段工作后，master会执行bgsave命令生成RDB文件，并发送给slave。
• slave在收到RDB文件后，先清空本地数据，再加载新的RDB文件数据。

3.3、第三阶段：命令传播

• 在完成第一次全量复制后，master与slave会建立一个长连接和replication buffer缓冲区，master的写入命令都会存入缓冲区。同时，master也会通过这个长连接将repl buffer数据传播给slave，来保证数据一致性。

那么有人可能会问，如果主从节点之间网络短暂中断，如何保证数据一致性？

答案：增量复制。

在2.8以前只有全量复制，如果主从库在命令传播时出现了网络闪断，那么，从库就会和主库重新进行一次全量复制，开销非常大。因此从Redis 2.8 开始提供了增量复制的功能，在网络断了之后，主从库会采用增量复制的方式继续同步。

• savle在恢复网络后，会发送 psync 命令给master，此时的 psync 命令里的 offset 参数不是 -1。
• master收到该命令后，然后用 continue 响应命令告诉slave接下来采用增量复制的方式同步数据。
• 然后master将断网期间写入命令发送给slave，然后slave再执行这些命令。

写入命令除了写入repl buffer，还会写入repl backlog（复制积压缓冲区），默认大小为1M，在内存中为环形结构。主要用于根据offset找到增量数据。结构如下图：

注意点：

断开重连并不一定是增量复制。如上图所示，repl backlog为环形结构，如果网络断开时间太长，写入命令如果超过1M，旧的命令就会被覆盖。因此如果master offset和slave offset相差的数据已被覆盖则会通过全量复制。

因此，repl backlog可以适当配置大一些。