Redis 主从复制
Redis主从复制
前言
Redis高可用的方案包括持久化、主从复制（及读写分离）、哨兵和集群。其中持久化侧重解决的是Redis数据的单机备份问题（从内存到硬盘的备份）；而主从复制则侧重解决数据的多机热备。此外，主从复制还可以实现负载均衡和故障恢复。
概念
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多个从节点(或没有从节点)，但一个从节点只能有一个主节点。
主从复制的作用主要包括：
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
测试
1. 准备两个实例
方便起见，测试所使用的主从节点是在一台机器上的不同Redis实例，其中主节点监听6379端口，从节点监听6380端口；从节点监听的端口号可以在配置文件中修改:
在dos命令窗口中输入: redis-server.exe redis.windows.conf，启动后可以看到：
两个Redis节点启动后（分别称为6379节点和6380节点），默认都是主节点。
2.建立复制
此时在6380节点执行slaveof命令，使之变为从节点：
3.观察效果
下面验证一下，在主从复制建立后，主节点的数据是否会复制到从节点中。
（1）首先在从节点查询一个不存在的key：
（2）然后在主节点中增加这个key：
（3）此时在从节点中再次查询这个key，会发现主节点的操作已经同步至从节点：
（4）然后在主节点删除这个key：
（5）此时在从节点中再次查询这个key，会发现主节点的操作已经同步至从节点：
（6） 从节点不能执行写操作和删除操作
4.断开复制
通过slaveof <masterip> <masterport>命令建立主从复制关系以后，可以通过slaveof no one断开。需要注意的是，从节点断开复制后，不会删除已有的数据，只是不再接受主节点新的数据变化。
注：
1.从节点重启后，便默认成为主节点，只有再次执行slaveof命令，使之变为从节点。在主从复制的场景下，主节点宕机，从节点不会主动晋升为主节点
2.使用 info replication 可查看当前redis实例信息
Redis主从复制原理
和Mysql主从复制的原因一样，Redis虽然读取写入的速度都特别快，但是也会产生读压力特别大的情况。为了分担读压力，Redis支持主从复制，Redis的主从结构可以采用一主多从或者级联结构，Redis主从复制可以根据是否是全量分为全量同步和增量同步。下图为级联结构。
全量复制
Redis全量复制一般发生在Slave初始化阶段，这时Slave需要将Master上的所有数据都复制一份。具体步骤如下：
- 从服务器连接主服务器，发送SYNC同步命令；
- 主服务器接收到SYNC命令后，开始执行BGSAVE命令生成RDB文件并使用复制缓冲区记录此后执行的所有写命令；
- 主服务器BGSAVE执行完后，向所有从服务器发送快照文件，并在发送期间继续记录被执行的写命令；
- 从服务器收到快照文件后丢弃所有旧数据，载入收到的快照；
- 主服务器快照发送完毕后开始向从服务器发送缓冲区中的写命令；
- 从服务器完成对快照的载入，开始接收命令请求，并执行来自主服务器缓冲区的写命令；
完成上面几个步骤后就完成了从服务器数据初始化的所有操作，从服务器此时可以接收来自用户的读请求。
增量复制
Redis增量复制是指Slave初始化后开始正常工作时主服务器发生的写操作同步到从服务器的过程。增量复制的过程主要是主服务器每执行一个写命令就会向从服务器发送相同的写命令，从服务器接收并执行收到的写命令。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。
注：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。
部分复制的实现，依赖于三个重要的概念：
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。
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。
3）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。
在了解了复制偏移量、复制积压缓冲区、节点运行id之后，本节将介绍psync命令的参数和返回值，从而说明psync命令执行过程中，主从节点是如何确定使用全量复制还是部分复制的。
psync命令的执行过程可以参见下图：
1）首先，从节点根据当前状态，决定如何调用psync命令：
- 如果从节点之前未执行过 slaveof【首次连接主节点】或最近执行了slaveof no one【断开与主节点的连接】，则从节点发送命令为 psync ? -1，向主节点请求全量复制；
- 如果从节点之前执行了 slaveof，则发送命令为 psync <runid> <offset>，其中runid为上次复制的主节点的 runid，offset 为上次复制截止时从节点保存的复制偏移量。
2）主节点根据收到的 psync 命令，及当前服务器状态，决定执行全量复制还是部分复制：
- 如果主节点版本低于Redis2.8，则返回-ERR回复，此时从节点重新发送sync命令执行全量复制；
- 如果主节点版本够新，且runid与从节点发送的runid相同，且从节点发送的offset之后的数据在复制积压缓冲区中都存在，则回复+CONTINUE，表示将进行部分复制，从节点等待主节点发送其缺少的数据即可；
- 如果主节点版本够新，但是runid与从节点发送的runid不同，或从节点发送的offset之后的数据已不在复制积压缓冲区中(在队列中被挤出了)，则回复 +FULLRESYNC <runid> <offset>，表示要进行全量复制，其中runid表示主节点当前的runid，offset表示主节点当前的offset，从节点保存这两个值，以备使用。
Redis主从同步策略
主从刚刚连接的时候，进行全量同步；全同步结束后，进行增量同步。当然，如果有需要，slave 在任何时候都可以发起全量同步。redis 策略是，无论如何，首先会尝试进行增量同步，如不成功，要求从机进行全量同步。
需要注意：如果多个Slave断线了，需重启时，因为只要Slave启动，就会发送sync请求和主机全量同步，当多个同时出现的时候，可能会导致Master IO剧增宕机。
主从复制的一些特点：
1）采用异步复制；
2）一个主redis可以含有多个从redis；
3）每个从redis可以接收来自其他从redis服务器的连接；
4）主从复制对于主redis服务器来说是非阻塞的，这意味着当从服务器在进行主从复制同步过程中，主redis仍然可以处理外界的访问请求；
5）主从复制对于从redis服务器来说也是非阻塞的，这意味着，即使从redis在进行主从复制过程中也可以接受外界的查询请求，只不过这时候从redis返回的是以前老的数据，如果你不想这样，那么在启动redis时，可以在配置文件中进行设置，那么从redis在复制同步过程中来自外界的查询请求都会返回错误给客户端；（虽然说主从复制过程中对于从redis是非阻塞的，但是当从redis从主redis同步过来最新的数据后还需要将新数据加载到内存中，在加载到内存的过程中是阻塞的，在这段时间内的请求将会被阻，但是即使对于大数据集，加载到内存的时间也是比较多的）；
6）主从复制提高了redis服务的扩展性，避免单个redis服务器的读写访问压力过大的问题，同时也可以给为数据备份及冗余提供一种解决方案；
7）为了减小主redis服务器写磁盘压力带来的开销，可以配置让主redis不在将数据持久化到磁盘，而是通过连接让一个配置的从redis服务器及时的将相关数据持久化到磁盘，不过这样会存在一个问题，就是主redis服务器一旦重启，因为主redis服务器数据为空，这时候通过主从同步可能导致从redis服务器上的数据也被清空；如果数据比较重要，并且在使用主从复制时关闭了主服务器持久化功能的场景中，都应该禁止实例自动重启。
