单机redis的风险与问题
问题1.机器故障
- 现象：硬盘故障、系统崩溃
- 本质：数据丢失，很可能对业务造成灾难性打击
- 结论：基本上会放弃使用redis.
问题2.容量瓶颈
- 现象：内存不足，从16G升级到64G，从64G升级到128G，无限升级内存
- 本质：穷，硬件条件跟不上
- 结论：放弃使用redis
结论：为了避免单点Redis服务器故障，准备多台服务器，互相连通。将数据复制多个副本保存在不同的服务器上，连接在一起，并保证数据是同步的。即使有其中一台服务器宕机，其他服务器依然可以继续提供服务，实现Redis的高可用，同时实现数据冗余备份。
主从复制简介
多台服务器连接方案
- 提供数据方：master
主服务器，主节点，主库
主客户端
- 接收数据方：slave
从服务器，从节点，从库
从客户端
- 需要解决的问题：
数据同步
- 核心工作：
master的数据复制到slave中
主从复制
主从复制即将master中的数据即时、有效的复制到slave中
特征：一个master可以拥有多个slave，一个slave只对应一个master
职责：
- 写数据
- 执行写操作时，将出现变化的数据自动同步到slave
- 读数据（可忽略）
- slave:
- 读数据
- 写数据（禁止）
加入一个从机出问题了，那就需要其他的客户机提供服务
如果主机出问题了，那么就临时推选出一个从机让其当master
如果说master压力很大，可以让某一个slave上追加机器，那当前的slave也可以当做master
现在的master只有一台计算机，如果宕机会出现问题，可以让多个计算机都充当master集群
主从复制的作用
- 读写分离：master写、slave读，提高服务器的读写负载能力
- 负载均衡：基于主从结构，配合读写分离，由slave分担master负载，并根据需求的变化，改变slave的数量，通过多个从节点分担数据读取负载，大大提高Redis服务器并发量与数据吞吐量
- 故障恢复：当master出现问题时，由slave提供服务，实现快速的故障恢复
- 数据冗余：实现数据热备份，是持久化之外的一种数据冗余方式
- 高可用基石：基于主从复制，构建哨兵模式与集群，实现Redis的高可用方案
主从复制工作流程
主从复制过程大体可以分为3个阶段
- 建立连接阶段（即准备阶段）
- 数据同步阶段
- 命令传播阶段
slave可以pingmaster
阶段一：建立连接阶段
- 建立slave到master的连接，使master能够识别slave，并保存slave端口号
步骤1：设置master的地址和端口，保存master信息
slaveof：将一台服务器变成另一台服务器的从
步骤2：建立socket连接
步骤3：发送ping命令（定时器任务）
步骤4：身份验证
步骤5：master发送给slave其对应的端口信息 ，让slave在这个端口监听master
最后的状态：
slave： 保存master的地址与端口
master：保存slave的端口
总体： 之间创建了连接的socket
练习：
主从连接（slave连接master）
主机：6379，从机：6380
- 方式一：客户端发送命令
slaveof <masterip> <masterport>
连接后进行测试：
- 方式二：启动服务器参数
-slaveof <masterip> <masterport>
测试：
- 方式三：服务器配置
slaveof <masterip> <masterport>
测试：
主从断开连接
- 客户端发送命令
slaveof no one
说明：slave断开连接后，不会删除已有数据，只是不再接受master发送的数据
阶段二：数据同步阶段工作流程
- 在slave初次连接master后，复制master中的所有数据到slave
- 将slave的数据库状态更新成master当前的数据库状态
数据同步阶段工作流程
- 步骤1：请求同步数据
- 步骤2：创建RDB同步数据
master创建一个复制缓冲区，用于在bgsave过程中接收指令（理解为AOF的缓冲区）
- 步骤3：恢复RDB同步数据
- 步骤4：请求部分同步数据 （同步缓冲区中的指令）
- 步骤5：恢复部分同步数据，slave收到后新进行重写，再同步
至此，数据同步工作完成！
最终的状态：
slave： 具有master端全部数据，包含RDB过程接收的数据
master：保存slave当前数据同步的位置
总体：master和slave之间完成了数据克隆
数据同步阶段master说明
- 如果master数据量巨大，数据同步阶段应避开流量高峰期，避免造成master阻塞，影响业务正常执行
- 复制缓冲区大小设定不合理，会导致数据溢出。如进行全量复制周期太长，进行部分复制时发现数据已经存在丢失的情况，必须进行第二次全量复制，致使slave陷入死循环状态。
repl-backlog-size 1mb
3. master单机内存占用主机内存的比例不应过大，建议使用50%-70%的内存，留下30%-50%的内存用于执行bgsave命令和创建复制缓冲区
数据同步阶段slave说明
- 为避免slave进行全量复制、部分复制时服务器响应阻塞或数据不同步，建议关闭此期间的对外服务
slave-serve-stale-data yes|no
2. 数据同步阶段，master发送给slave信息可以理解master是slave的一个客户端，主动向slave发送（Ping）
3. 多个slave同时对master请求数据同步，master发送的RDB文件增多，会对带宽造成巨大冲击，如果master带宽不足，因此数据同步需要根据业务需求，适量错峰
4. slave过多时，建议调整拓扑结构，由一主多从结构变为树状结构，中间的节点既是master，也是slave。注意使用树状结构时，由于层级深度，导致深度越高的slave与最顶层master间数据同步延迟较大，数据一致性变差，应谨慎选择
阶段三：命令传播阶段
- 当master数据库状态被修改后，导致主从服务器数据库状态不一致，此时需要让主从数据同步到一致的状态，同步的动作称为命令传播
- master将接收到的数据变更命令发送给slave，slave接收命令后执行命令
命令传播阶段的部分复制
- 命令传播阶段出现了断网现象
- 网络闪断闪连 -- 忽略
- 短时间网络中断 -- 部分复制
- 长时间网络中断 -- 全量复制
- 部分复制的三个核心要素
- 服务器的运行 id（run id）
- 主服务器的复制积压缓冲区
- 主从服务器的复制偏移量
服务器运行ID（runid）
- 概念：服务器运行ID是每一台服务器每次运行的身份识别码，一台服务器多次运行可以生成多个运行id
- 组成：运行id由40位字符组成，是一个随机的十六进制字符
例如：fdc9ff13b9bbaab28db42b3d50f852bb5e3fcdce （用来做身份识别） - 作用：运行id被用于在服务器间进行传输，识别身份
如果想两次操作均对同一台服务器进行，必须每次操作携带对应的运行id，用于对方识别 - 实现方式：运行id在每台服务器启动时自动生成的，master在首次连接slave时，会将自己的运行ID发送给slave，slave保存此ID，通过info Server命令，可以查看节点的runid
master：
slave：
复制缓冲区
概念：复制缓冲区，又名复制积压缓冲区，是一个先进先出（FIFO）的队列，用于存储服务器执行过的命令，每次传播命令，master都会将传播的命令记录下来，并存储在复制缓冲区
在master和slave连接后，进行发送数据，在master中有一个叫做“命令传播程序”来发送数据
如果某一条线路出现断网，那么所对应的slave就接收不到指令，从而导致slave1和slave2、slave3的数据不一样
为了解决这个问题，就建立一个复制缓冲区，当指令到来之后，除了发送给各个slave，还放入复制缓冲区（先进先出的队列）
复制缓冲区内部工作原理
当master接收到一个指令之后，首先把这个指令拆解开，把指令放入复制缓冲区中（按照AOF的格式存入，称为字节值）
- 组成：
- 偏移量
- 字节值
- 工作原理
- 通过offset区分不同的slave当前数据传播的差异
- master记录已发送的信息对应的offset
- slave记录已接收的信息对应的offset
通过做编号（偏移量）来识别读到的位置
这样即使在断网的时候，即使master的offset比slave的offset要多，但是在恢复时发现master和slave的offset不相同，那么就根据slave的offset重新进行指令发送即可解决问题
总结：
- 概念：复制缓冲区，又名复制积压缓冲区，是一个先进先出（FIFO）的队列，用于存储服务器执行过的命令，每次传播命令，master都会将传播的命令记录下来，并存储在复制缓冲区
- 复制缓冲区默认数据存储空间大小是1M，由于存储空间大小是固定的，当入队元素的数量大于队列长度时，最先入队的元素会被弹出，而新元素会被放入队列
- 由来：每台服务器启动时，如果开启有AOF或被连接成为master节点，即创建复制缓冲区
- 作用：用于保存master收到的所有指令（仅影响数据变更的指令，例如set，select）
- 数据来源：当master接收到主客户端的指令时，除了将指令执行，会将该指令存储到缓冲区中
主从服务器复制偏移量（offset）
- 概念：一个数字，描述复制缓冲区中的指令字节位置
- master复制偏移量：记录发送给所有slave的指令字节对应的位置（多个）
- slave复制偏移量：记录slave接收master发送过来的指令字节对应的位置（一个）
- 数据来源：
- master端：发送一次记录一次
- slave端：接收一次记录一次
- 作用：同步信息，比对master与slave的差异，当slave断线后，恢复数据使用
数据同步+命令传播阶段工作流程
心跳机制
- 进入命令传播阶段候，master与slave间需要进行信息交换，使用心跳机制进行维护，实现双方连接保持在线
- master心跳：
- 指令：PING
- 周期：由repl-ping-slave-period决定，默认10秒
- 作用：判断slave是否在线
- 查询：INFO replication --- 获取slave最后一次连接时间间隔，lag项维持在0或1视为正常
- slave心跳任务
- 指令：REPLCONF ACK {offset}
- 周期：1秒
- 作用1：汇报slave自己的复制偏移量，获取最新的数据变更指令
- 作用2：判断master是否在线
心跳阶段注意事项
- 当slave多数掉线，或延迟过高时，master为保障数据稳定性，将拒绝所有信息同步操作
min-slaves-to-write 2
min-slaves-max-lag 10 连接延迟时长
slave数量少于2个，或者所有slave的延迟都大于等于10秒时，强制关闭master写功能，停止数据同步
- slave数量由slave发送REPLCONF ACK命令做确认
- slave延迟由slave发送REPLCONF ACK命令做确认
频繁的全量复制（1）
频繁的全量复制（2）
频繁的网络中断（1）
频繁的网络中断（2）
数据不一致
